Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Мутанты с повышенной минимальной температурой роста, так называемые холодочувствительные мутанты, с успехом используются для изучения биохимического механизма, определяющего минимальную температуру роста. Обычно они отличаются
• °С.
44 42 39 37 30 26 22,5 20 15 11,8
' ' 1/Т-103
Рис. 3.4. Влияние температуры на скорость роста (k) родительского штамма Е. coli С-600-1 (О—О) и его холодочувствительного мутанта К-11 -27, утратившего способность синтезировать гистидин при низкой температуре (#—#); в присутствии гистидина мутант растет при всех температурах с такой же скоростью, как и родительский штамм. Кривые построены в соответствии с уравнением Аррениуса (O’Donovan, Ingraham, 1965).
от исходного штамма только нижней границей температуры роста. Зависимость скорости роста родительского штамма Е. coli и его холодочувствительных мутантов-от температуры показана на рис. 3.4. В результате единственной мутации минимальная температура роста возрастает примерно на 12°С; увеличивается также регистрируемая температурная характеристика скорости роста в средней области температур. Однако максимальная температура роста не меняется. Зная биохимические последствия мутации, можно установить фактор, определяющий минимальную темпе-ратуру роста мутантного штамма. Мутации, вызывающие чувствительность к холоду, встречаются почти столь же часто, как и мутации, приводящие к термолабильности. Расмуссен (Rasmussen К., личное сообщение) провел небольшой, но достаточно убедительный опыт, в котором он подвергал культуру Е. coli действию мутагенов, а затем изучал чувствительность выживших клеток к нагреванию и к холоду. Оказалось, что среди нескольких сотен мутантов класс холодочувствительных мутантов рас-
пространен несколько шире, чем класс термолабильных мутантов. Однако генетическое распределение двух классов мутантов, чувствительных к действию температуры, достаточно четко, что подтверждают исследования таких мутантов бактериофага T4D. Генетическая карта 75 холодочувствительных мутантов этого фага была составлена только для десяти генов (Scotti, 1968). Более подробные исследования показали, что распределение мутаций, вызывающих термолабильность, на хромосоме фага T4D носит почти случайный характер: эти мутации затрагивают 38 отделЬ' ных генов (Epstein et al., 1963; Edgar et al., 1964; Edgar, Lielau-sis, 1964). Аналогичное ограниченное генетическое распределение мутаций, приводящих к появлению холодочувствительных мутантов, бщло найдено у бактерий. О’Донован и Ингрэм (O’Do-novan, Ingraham, 1965) выделили семь различных штаммов Е. coli, которые были прототрофными при 37°С, ауксотрофными—при 20°С, а при низких температурах переставали синтезировать гистидин. Хотя существует девять генов, кодирующих фермен,ты биосинтеза гистидина, все мутации, приводящие ‘к появлению1, холодочувствительных мутантов, затрагивали один-единетвенщлй ген—1 тот, который кодирует первый фермент биосинтеза гистидина фосфорнбозил-ДТР—-пнрофосфорилазу. Мутанты, которые погибают при низких температурах (условно летальные), возникают' в результате изменений лишь небольшого числа генов. Было установлено, что около 40% подобных мутаций затрагивают гены, которые передаются путем трансдукции вместе с локусом устой-' чивости к стрептомицину Salmonella typhimurium, т. е. те самые гены, которые кодируют рибосомные белки (Tai et al., 1969). Аналогичные выводы были сделаны на основании изучения условно-летальных холодочувствительных мутантов Е. coli: примерно в половине из них была повреждена сборка рибосом, по-видимому, в результате изменения рибосомных белков (Guthrie ct al., 1969). Таким образом, генов, по которым происходят мутации, приводящие к возникновению холодочувствительных мутантов, очевидно, меньше, чем генов, ответственных за появление термолабильности. Изучение модифицированных белков холодочувствительных мутантов показало, что они обладают некоторыми общими свойствами. Следовательно, можно сделать вывод, что в генетическом отношении лишь небольшой класс белков подвергается изменениям, приводящим к потере функции только при низкой температуре. К таким белкам относятся субъединицы ферментов или субклеточные структуры, функционирование которых зависит от конформации. Так, например, все мутанты Е. coli, утратившие способность синтезировать гистидин при низкой температуре, образовывали модифицированные формы первого фермента пути биосинтеза гистидина — фосфорибозил-АТР — пиро-фосфорилазы (O’Donovan, Ingraham, 1965). Хотя модифициро-
ванные ферменты сохраняли каталитическую активность н почти нормально функционировали при 37°С, их регуляторные свойства были значительно изменены: эти ферменты были в 100—1000 раз более чувствительны к ингибированию по принципу обратной связи под действием конечного продукта биосинтетического пути— гистидйна. Кроме того, чувствительность исходного и модифицированного ферментов к ингибированию по принципу обратной связи возрастала по мере уменьшения температуры: эти ферменты были почти в 10 раз чувствительнее при 20°С, чем при 37°С. Потеря функции при низкой температуре объясняется как влиянием 'температуры на ингибирование активности фермента по принципу обратной связи, так и самим эффектом мутации: при низкой температуре фермент переставал функционировать из-за того, что внутриклеточная концентрация гистидина была слишком низкой для протекания синтеза белка. Этот вывод подтверждается исследованиями реверсии, Ревертированные формы, отобранные на основании их способности расти при 20°С в отсутствие экзогенного гистидина, синтезировали фермент, чувствительность которого к ингибированию по принципу обратной связи была такой же, как и у дикого типа. Мутанты, отобранные на основании устойчивости к ингибированию по принципу обратной связи при 37°С (устойчивость к аналогу гистидина тиазолаланину), были способны к росту при 20°С в отсутствие экзогенного гистидина.
