Молекулярные основы генетики

В ноябре 1973 г. по инициативе Института общей генетики АН СССР на ВДНХ СССР проходил II Всесоюзный симпозиум по проблеме «Молекулярные механизмы генетических процессов».

В ноябре 1973 г. по инициативе Института общей генетики АН СССР на ВДНХ СССР проходил II Всесоюзный симпозиум по проблеме «Молекулярные механизмы генетических процессов».

Более 400 советских ученых и их коллег из Англии, ГДР, Канады, ПНР, США, ФРГ и ЧССР заслушали и обсудили свыше 140 докладов, посвященных двум центральным вопросам современной генетики: мутагенезу (процессу, приводящему к появлению мутаций) и репарации («исправлениям» в генетическом аппарате).

Известно, что под действием многих физических и химических факторов (мутагенов) или же самопроизвольно (спонтанно) происходят изменения в составе наследственных молекул ДНК или РНК. Эти изменения закрепляются в потомстве в результате копирования генетического материала при его самоудвоении (репликации). Возникают мутации, что, в свою очередь, приводит к появлению нового признака организма.

Действие мутагенов может привести к гибели клеток. Летательный эффект мутагенов связан главным образом с различными повреждениями в структуре ДНК. Эти повреждения могут исправляться (репарироваться) с помощью особых ферментов, восстанавливающих нормальную двунитчатую структуру молекулы ДНК.

Расшифровка молекулярного механизма репарации ДНК после действия повреждающих факторов стала возможной благодаря изучению мутантных штаммов бактерий, вирусов, дрожжей, а позднее и клеток млекопитающих, культивируемых вне организма. Механизмы мутагенеза и репарации интенсивно изучаются во многих лабораториях мира, в том числе ив нашей стране. Знание этих про» цессов и умение управлять ими необходимы для успешного внедрения в практику достижений генетической науки.

Во вступительном докладе директора Института общей генетики АН СССР академика Н. П. Дубинина была проанализирована связь между процессами мутагенеза и репарации. Н. П. Дубинин рассказал об исследованиях, проведенных им совместно с сотрудниками института кандидатом биологических наук В, А. Тарасовым и О. Н. Куренной. Ученые обнаружили, что под действием ультрафиолетового облучения (УФ-облучения) в ДНК делящихся дрожжевых клеток возникают так называемые сверхдлительноживущие потенциальные изменения. Небольшие местные повреждения в молекуле ДНК, вызванные УФ-светом, становятся источником появления мутаций на протяжении около 300 клеточных поколений- В каждом из этих поколений примерно 1 клетка на 100 оказывается мутантной. Это почти в миллион раз чаще, чем в случае спонтанного мутирования.

Оказалось, что переход потенциальных изменений в мутации зависит от работы ферментов репарации. Дальнейшее изучение этого явления позволит раскрыть сущность некоторых механизмов мутагенеза.

Дрожжи стали излюбленным объектом исследования и у ученых Ленинградского Государственного университета им. А. А. Жданова. В работах участника симпозиума доктора биологических наук, лауреата премии Ленинского комсомола С. И. Инге-Вечтомова с сотрудниками были детально изучены закономерности появления множественных изменений у дрожжей под воздействием УФ-света. Авторы обнаружили, что у дрожжей-сахаромицетов мутагенез идет необычно: обработка мутагеном индуцирует мутации сразу в нескольких генах с частотой, намного превышающей вероятность независимого мутирования каждого из генов в отдельности.

Для объяснения этого необычного явления предложена гипотеза, согласно которой УФ-облучение воздействует на особую, так называемую плазмидную ДНК, расположенную в цитоплазме дрожжевой клетки. В настоящее время описан ряд фактов, указывающих на то, что плазмиды могут играть роль «контролеров» мутационных изменений, происходящих в хромосоме клетки. Здесь намечается подход к решению важной практической задачи — направленному изменению признаков организма с помощью мутаций в генах, контролирующих эти признаки.

Известно, что некоторые плазмиды определяют донорные свойства бактерий, т. е. их способность скрещиваться (конъюгировать) с другими клетками, лишенными таких плазмид, и передавать в них свою ДНК. Конъюгация является простейшей формой полового процесса, обеспечивающей обмен генетической информацией между бактериями, В результате образуются рекомбинаты — клетки, получившие признаки обоих родителей. Профессор Д. М. Гольдфарб, кандидаты биологических наук Л. С. Чернин и И. Д. Авдиенко, Л. А. Гукова и другие сотрудники Института общей генетики АН СССР впервые установили, что некоторые плазмиды несут ген (гены), ответственный за синтез особого белка — стимулятора выхода рекомбинатов при конъюгации (фактор СВР). Донорные клетки продуцируют СВР в окружающую среду. СВР действует на реципиентные (принимающие) клетки и помогает ДНК донора включиться в хромосому реципиента. В результате действия СВР повышается количество рекомбинатного потомства, несущего признаки обоих родительских клеток. Оказалось, что некоторые мутантные клетки, неспособные синтезировать СВР, отстают в скорости роста и становятся значительно более чувствительными к повреждающему действию УФ-облучения и некоторых химических агентов. Все эти свойства мутантов связаны с одной мутацией в плазмидной ДНК, включившейся в состав хромосомы донор-ного штампа. Полученные данные свидетельствуют, что плазмидные гены участвуют в регуляции самоудвоения и репарации хромосом. Проникновение в глубь этого явления позволит лучше понять вклад внехромосомных факторов наследственности в нормальное функционирование клеток носителей плазмид.

Сотрудники Института эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалея АМН СССР и НИИ медицинской радиологии АМН СССР (профессор А. Г. Скавронская, кандидаты медицинских наук Г. Б. Смирнов, А. С. Саенко и другие) рассказали о неожиданной роли некоторых ферментов репарации в бактериальной клетке. Считалось, что в такой клетке два определенных гена имеют отношение только к репарационным процессам. Это ген uvrE, контролирующий синтез одного из ферментов первых этапов репарации, и ген polA, ответственный за синтез другого репарационного фермента, так называемой ДНК-полимеразы. Однако ферменты, контролируемые этими генами, оказались необходимыми и для репликации: они «отвечают» за способность клетки к сшиванию отдельных фрагментов ДНК, возникающих в ходе ее нормального само удвоения. Накопление новых данных о роли ферментных систем в жизненно важных клеточных процессах позволяет приступить к моделированию этих процессов in vitro. Профессор А. Гейнесан (Отделение генетики, Медицинская школа в Стэнфорде, США) в своем докладе продемонстрировал, что большая часть репаративного синтеза, происходящего в живой клетке, может быть воспроизведена в бесклеточной системе. Эти работы позволяют конкретизировать механизмы действия отдельных ферментов репликации и репарации ДНК,

Группа ученых Ленинградского института ядерной физики (профессор С. Е. Бреслер, кандидат биологических наук М. И. Мосевиц-кий, Л. Г. Вячеславов) разработала способ резкого повышения частоты мутагенеза у бактерий. Существуют бактериальные штаммы, неспособные синтезировать один из предшественников ДНК — тимидиловую кислоту. В присутствии этого вещества клетки растут нормально. Однако если тимидиловой кислоты среде недостаточно, то репликация ДНК в клетках происходит с ошибками, часто приводящими к мутации.

Предложенный ленинградскими учеными метод оказался полезным инструментом экспериментальной генетики, позволяющим повышать частоту появления мутантов по любому признаку более чем в 1000 раз.

Наука и человечество. 1975. Сборник - М.: Знание, 1974.