Мутации
В природе имеет место изменчивость организмов, связанная с нарушением структуры генов (ДНК) данной клетки. Приобретенные при этом новые свойства передаются дочерним клеткам. Такая наследственная изменчивость называется мутацией.
Мутации - это новые стойкие наследственные изменения свойств микроорганизма (морфологические, культуральные, биохимические и др.), обусловленные необратимыми изменениями в структуре ДНК генов и хромосом и не связанные с рекомбинационным процессом. Клетки, в которых происходят мутации, называют мутантами, а различные варианты гена, проявляющиеся в результате мутаций, - его аллелями.
В отношении генетической структуры различают три класса мутантов со следующими дефектами:
1) одна пара оснований заменена другой, например, вместо AT может быть ГЦ или наоборот;
2) включена дополнительная пара оснований в нуклеотидную последовательность или утрачена из существующих пар;
3) группа оснований или даже генов может быть утрачена (делеция), перемещена в пределах хромосомы (транспозиция), наблюдается поворот участка ДНК на 180° (инверсия), повторение какого-нибудь фрагмента ДНК (дупликация).
Для мутаций класса 1, называемых также точечными мутациями, характерна высокая частота реверсии (восстановления), для мутаций класса 2 реверсии редки, а после мутаций класса 3 реверсии не бывает.
Бактериальные мутации делят на спонтанные и индуцированные.
Спонтанные мутации возникают в естественных условиях под влиянием внешних факторов, без вмешательства экспериментатора (при изменении температуры и рН среды, под действием ультрафиолетовых лучей, продуктов обмена и др.). Частота спонтанных мутаций в популяции у бактерий находится в пределах от 1x10"5 (одна мутантная клетка на 100 тысяч) до 1x10"10 (один мутант на 10 миллионов клеток). Клетки, в которых возникли спонтанные мутации, называют спонтанными мутантами.
Следовательно, в любой чистой бактериальной культуре в процессе ее выращивания, хранения и пересевов происходит спонтанное образование мутантов, которые можно выделить рассевом на плотную питательную среду или с помощью селекционирующих факторов.
Индуцированные мутации появляются вследствие обработки микробной популяции искусственными мутагенными факторами (мутагенами). Это могут быть физические мутагены (ультрафиолетовые лучи, температура, радиоактивные вещества) и воздействия химическими веществами (N-метил-N-нитро-N-нитрогуанидин, этил-и метилметасульфонат, этиленимин, азотистый или серный иприт, нитрит, гидроксиламин и др.).
Процесс возникновения мутации под влиянием естественных и искусственных факторов называют мутагенезом, а мутантные клетки, так же как и мутации, соответственно называют спонтанными индуцированными мутантами.
Мутации, затрагивающие только один ген, называют генными мутациями, несколько генов - хромосомными. Если мутации происходят в ДНК ядерного вещества, их называют нуклеотидными мутациями, а мутации, возникающие в ДНК цитоплазмы, называют цитоплазматическими мутациями.
Мутанты дифференцируют по морфологическим, культуральным и ферментативным свойствам.
В молочной промышленности производственно-ценные индуцированные мутанты отбирают чаще по активности кислотообразования, при этом в качестве мутагенных факторов чаще используют ультрафиолетовые лучи.