Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
За последнее десятилетие репаративная система М. radiodu-rans была детально изучена. Обсуждались различные возможные причины его резистентности к УФ-облучеиию (Setlow, Duggan, 1964). В качестве таковых рассматривались экранирование ДНК другими поглощающими соединениями; резистентность, присущая самой ДНК в силу особенностей ее структуры; высокая эффективность репаративных механизмов, а также высокая степень плоидиости. Для того чтобы сделать выбор между этими возможностями, исследовались кривые выживания, образование тиминовых димеров как функция дозы УФ-излучеиия, нуклеотидный состав ДНК и кинетика синтеза ДНК после облучения. Экспериментально показано, что в ДНК М. radiodurans при УФ-облучении индуцируется приблизительно втрое меньше тимиио-вых димеров, чем в ДНК Е. coli. Частично эта разница в димери-зацин обусловлена различиями в нуклеотидном составе ДНК этих микроорганизмов: у М. radiodurans отношение G + C/A-4-T в 1,6 раза больше, чем у Е. coli (Белозерский, Спирин, 1960). Возможно, имеет значение также разница в поглощении УФ-излуче-ния в расчете на одну клетку. Показано, что эта величина не-
сколько меньше для М. radiodurans, чем для Е. coli. Неизвестно, полностью ли трехкратная разница в димеризации тимина обусловлена различиями в нуклеотидном составе ДНК и поглощении УФ-излучения в расчете на одну клетку. Во всяком случае сам факт уменьшения числа образующихся димеров совершенно недостаточен для объяснения более высокой радиорезистентности М. radiodurans.
При сравнении влияния УФ-облучения на последующий синтез ДНК в клетках М. radiodurans и Е. coli выяснилось, что одинаковая по продолжительности задержка репликации ДНК возникает у них тогда, когда клетки М. radiodurans облучают в дозе, величина которой в 20 раз превышает соответствующую величину для Е. coli (Setlow, Duggan, 1964). Было высказано предположение, что это различие обусловлено очень высокой эффективностью удаления димеров тимина у М. radiodurans. Биохимическое исследование репарации повреждений ДНК, вызываемых УФ-излучением, показало, что димеры тимина вырезаются из клеточной ДНК до возобновления ее репликации (Bolling, Setlow, 1966). Был сделан следующий вывод: механизм вырезания пиримидиновых димеров у этой бактерии настолько эффективен, что гибель клеток происходит по каким-то другим причинам, к числу которых может относиться, например, модификация дезоксицитидина и белков.
Были выделены два мутанта М. radiodurans с высокой чувствительностью к УФ-излучению (Moseley, 1967). Показано, что они чувствительны также к ионизирующему излучению и химическому мутагену нитрозогуанидину. Установлено, что вырезание димеров и репарация одноцепочных разрывов у этих мутантов осуществляется менее эффективно (Moseley, 1969; Moseley, Mattingly, 1971; Bonura, Bruce, 1974).
Мутирование M. radiodurans подробно не изучалось. Повышенная резистентность этого организма к летальному действию облучения явно сопровождается его повышенной резистентностью к индуцированному мутагенезу. Для некоторых радиационно-чувствительных мутантов Е. coli было показано, что характерная для них высокая мутабильность сопутствует их повышенной чувствительности к летальному действию облучения (Witkin, 1966). Возможности для подобных исследований М. radiodurans были лимитированы недостатком хорошо охарактеризованных систем мутаций и отсутствием систем для генетического анализа. Тем не менее индуцирование мутаций у М. radiodurans изучалось с использованием прямых мутаций дикого типа, обусловливающих резистентность бактерий к триметоприму, а также реверсий температурно-чувствительных мутаций (Sweet, Moseley, 1974). Ни штамм дикого типа, ни температурно-чувствительный мутант не дают мутаций при УФ-облучении в такой высокой дозе, как
15 000 эрг. Напротив, у Е. coli В/r индуцирование мутаций наблюдается при облучении в дозе 100 эрг (Witkin, 1969).
В другой работе исследовались мутации, сообщающие микроорганизмам резистентность к стрептомицину (Kerszman, 1975). На уровне точности эксперимента возникновения мутаций под действием ультрафиолетового или ионизирующего излучений зарегистрировано не было. Полученные результаты свидетельствуют о том, что процесс репарации радиационных повреждений у М. radiodurans исключительно точен и не допускает ошибок; этот факт, по-видимому, заслуживает особого внимания и может иметь значение для эволюции организмов.
Репарация повреждений ДНК, возникающих у М. radiodurans под влиянием ионизирующего излучения, также изучена достаточно детально. При облучении в дозе 110 крад, вызывающей значительные физико-химические изменения в ДНК Е. coli В/г, выживание М. radiodurans составляет 100% (Alexander et al.,
1964).
Хотя большинство микроорганизмов не способно, репариро-вать двухцепочные разрывы ДНК (Kaplan, 1966), М. radiodurans, возможно, обладает способностью к репарации таких разрывов, индуцируемых у-лучами, чем и объясняется его высокая -резистентность к ионизирующему излучению. Ряд исследователей, применив различные экспериментальные подходы, получили к настоящему времени доказательства способности этой бактерии ре-парировать двухцепочные разрывы в ДНК (Burrel et al., 1971; Dean et al., 1966; Kitayama, Matsuyama, 1968). Правда, с количественной стороны в этих данных имеются некоторые неясности, связанные с тем, что для определения молекулярного веса нативной ДНК, выделенной из клеток, облученных рентгеновскими лучами, используются методы, в которых ДНК подвергается воздействию гидродинамических сил, в результате чего некоторые двухцепочечные разрывы могут образоваться из одноцепочечных; однако в целом аргументы в пользу репарации двухцепочечных разрывов весьма убедительны.
