книги из ГПНТБ / Дертингер Г. Молекулярная радиобиология. Действие ионизирующих излучений на элементарные биологические объекты

рекомбинации

при

перекрестном заражении

фагами (зараже­

ние бактерий

двумя

или

более различными

мутантами

фага)

снижается, если все

фаги

являются носителями мутаций

в гене

ные явления, описываются в превосходной

обзорной

статье

Хейнса с соавт. [17].

М н о ж е с т в е н н а я

р е а к т и в а ц и я .

Согласно определе­

нию инактивации, фаг,

инактивированный

излучением,

теряет

цирование

Д Н К

и

некоторые начальные

процессы

инфекции,

которые в

случае

с

автономными фагами

могут даже

привести

томство. Это

явление, известное

под название

множественной

реактивации,

подтверждено

многочисленными

экспериментами.

Оно касается

всех Т-фагов,

фага

X, а также фагов других бак­

выживаемость остается постоянной в

течение первых

4—5

мин

и возрастает лишь с началом синтеза

Д Н К (рис. 96,

кривая

1).

живаемости после

первых

двух минут

от

начала

заражения,

т. е. в период эклипса, благодаря множественной

реактивации

(см. рис. 96, кривая 2).

При

сходном

механизме

репарации,

известном

под названием

перекрестной

реактивации

(спасение

маркера),

клетка

хозяина

инфицируется

как

облученным,

так и кеоблученным фагом. Термин

«реактивация»,

однако,

вряд ли подходит

для данного случая, поскольку

при этом

имеет

место

рекомбинационный

перенос

генетического

мате­

риала

от облученного

фага

к геному сопутствующих интактных

фагов, а не истинная реактивация облученных фагов. Более

подробное

описание

этих видов

репарации

можно

найти

в

обзоре Руперта и Харма [35].

У Ф-р е а кт и в а ци я. Наряду

с только

что рассмотренными

специфическими

процессами

ре­

активации

существуют

и Другие

механизмы,

способные

элимини­

ровать

летальные

повреждения в

вирусной ДИК. В этой связи рас­

смотрим

механизм процесса,

на­

зываемого

УФ-реактивацией.

Этот термин включает два раз­

личных

процесса

репарации,

не

связанных между собой. В разд.

3.4

(см. рис.

14)

наклон

кри­

вой

УФ-инактивации

фага

Т7,

непрерывно

уменьшающийся

с

0

2

4

6

дозой,

приписывался

элиминации

j

Время облучения, мин

радиационных

повреждений при

поглощении

второго

кванта

УФ.

Рис.

96.

Выживаемость

бактерио­

Как было показано в разд. 10.4,

фагов

Т4

при

внутриклеточном

это

обусловлено

мономеризацией

УФ-облучении в постоянной дозе

индуцированных

излучением

ди­

бактерии

Е. coli

в

различные сро­

ки после

заражения:

меров. Этот же механизм ответ­

I — з а р а ж е н и е

к а ж д о й клетки

хозяина

ствен за увеличение

трансформи­

только

одной

фаговой

частицей:

2 — за­

рующей

активности

у

Haemophi­

р а ж е н и е

к а ж д о й

клетки

хозяина

в

среднем д в у м я фаговыми частицами [451.

lus

influenzae,

после

вторичного

облучения при 240 нм (см. рис. 84).

Другое явление, которое также случайно названо УФ-реак­

тивацией, становится понятным из следующего описания. Если

клетки

хозяина

облучать постепенно возрастающей

дозой УФ-

1 света до

заражения

УФ-инактивированными

бактериофагами

ТЗ, то в клетках hcr+ при низких дозах УФ-света

отмечается

заметное увеличение выживаемости фага ТЗ (рис. 97). В бак­

териях

her-

предварительное

облучение

клетки

хозяина не

отражается

на числе

выживших

фагов

[15]. Этот

любопытный

Р е п а р а ц и я

п о в р е ж д е н и й ,

и н д у ц и р о в а н н ы х

и о н и з и р у ю щ и м

и з л у ч е н и е м .

Показано, что при репа­

жания ДНК) . Это неизбежно

приводит

к

предположению о

том, что репарация

одноцепочечных

разрывов

связана

с про­

цессом

репликации

фаговой

ДНК. В таком случае репара­

цию одноцепочечных

разрывов

у вирусов

можно

рассматри­

вать как часть основного про­

цесса

репродукции.

Действи­

тельно, многие наблюдения по­

следних

лет показали

важную

роль фермента полинуклеотид-

О

120

240 360

лигазы,

воссоединяющего фос-

связями

свобод­

Время уФ-о5лучения бактерий, секфоэфирными

Рис. 97.

Выживаемость

бактериофага

ные

концы

в

нитях

Д Н К (24].

Например,

Вайс и

Ричардсон

ТЗ при УФ-облучении в постоянной

[51] из кишечной палочки, ин­

дозе УФ-квантов и высеве на клет­

ках хозяина, УФ-облученных в раз­

фицированной

фагом

Т4, суме­

личных дозах до заражения:

ли

выделить

лигазу,

которую

1—клетка

хозяина

Е. coli

В; УФ-облуче-

можно использовать для репа­

ние фага

ТЗ в течение 210

сек; 2 — клетка

рации

одноцепочечных

разры­

хозяина

Е. coli

B s _ ] . УФ - облучение фага

ТЗ в течение 60

сек

[151.

вов,

индуцируемых

ДНК-азой

в Д Н К фага Т7. Бойс и Телпер

[5] приводят прямые доказательства репарации

индуцированных

дящий к образованию 3',5'-фосфоэфирных

связей в ДНК- У бак­

терий, напротив,

находим

особый

механизм,

репарирующий

одноцепочечные

резрывы

в клеточной ДН К (см. разд.

14.5).

В целом же процессы репарации, характерные

для вирусной

ДНК, очевидно,

проще, чем для Д Н К бактериальной

клетки

хозяина, но при этом они менее

эффективны.

12.5. Эффект БУ

Специфические химические

изменения

Д Н К

также

могут

влиять на радиочувствительность.

Наиболее существенной из

метилыюй

группы

стоит галоген. Все они включаются

в Д Н К

вместо тимина. Включение

этих аналогов

оснований

в Д Н К

неизменно приводит к сенсибилизации к ионизирующему

и УФ-

излучениям, а также к распаду

Р 3 2 . В последнем

случае

сенси­

билизация

наблюдается

даже

тогда, когда

аналог

включен в нить, не содер­

жащую

радиоактивный

фосфор

(более подробно

этот

вопрос

изложен

у

Каплана {29]). Такой ана­

лог, как

фторурацил, на­

против,

включается

не

в

ДНК,

а в

РНК

вместо

урацила. Поэтому

он вы­

зывает

сенсибилизацию

только

у РНК-содержа-

щих

вирусов [3].

' У Ф - и з л у ч е н и е.

Часть

сенсибилизирую­

щего

действия

БУ

объяс­

няется особыми

физико-

химическими

свойствами

БУ-ДНК. Сетлоу и Боне

[39] придерживаются

мне­

ния,

что

возрастающую

чувствительность БУ-за-

мещенных

фагов

Т4 при

10 эрг/нп2

более

высоких

длинах

волн

(приблизительно

Рис.

98. УФ-ииактивация

бактериофага T l

300 нм)

почти

полностью

с нормальной и

замещенной

бромурацилом

можно объяснить

более

Д Н К

(БУ-Т1) после высева

на клетки хо­

высоким

оптическим

по­

зяина с различной способностью к восста­

новлению клеткой

хозяина

[25]

(По оси

глощением

бромдезокси-

абсцисс — доза

УФ-излучения):

уридина

по сравнению

с

/ — T I , посеянным

на Е. coli В: 2—Т1 на Е. coli В $ :

тимидином.

Однако

иное

3 — БУ-Т1 на Е. coli

В: 4 — БУ-Т1 на Е. coli B s

объяснение

следует

ис­

кать для

сенсибилизиру­

тов. Это справедливо и для с-геиной реактивации,

так как, по

данным Сталя с соавт. [41], чувствительность фага

после

вклю­

чения БУ зависит от функционального состояния и-гена.

Кроме

того,

БУ^замещениый фаг Т1 при посеве на h e r - ш т а м м

Е. coli

Bs-i

имеет примерно ту же чувствительность, что и незамещенный

фаг

(рис. 98), в то время как при использовании дикого

штам-

чения

в присутствии цистеамниа при последующем посеве фага

на Е. coli Bs-i,

оба

процесса — выживаемость и

фотореактнва-

ция — у

фага

Т1,

содержащего БУ,

протекают

на

том

же

уровне,

что и

у

фага, содержащего тимин [20].

Поскольку

в

этих

условиях

УФ-чувствительность

нормального

фага

Т1

вызывают образование

одно- и двухцепочечных

разрывов

[21,

22].

И о н и з и р у ю щ е е

и з л у ч е н и е . Повышенная

чувстви­

ний связанных

с БУ.

ЭПР-спектроскопическне исследования

Хюттермана и

Мюллера [26]

облученных

монокристаллов

5-галоидопроизводных

урацила

показали, что

среди нераспо­

редь, должно привести к лабилизации

структуры ДНК.

За эффект БУ, по-видимому,

ответственно прямое

действие

излучения, так как ни при облучени водных растворов

[11, 46],

ни

при действии атомарным водородом [28] включение БУ в

в

бактериофаг сенсибилизации

не

вызывает. Этот

результат

сенсибилизирующее действие БУ. С сухими фагами,

содержа­

щими

БУ, молено

наблю­

дать

лишь

«нормальную»

защиту

цистеамииом. На­

против,

при

у-облучеиии

в

питательном

бульоне

цистеамин

полностью сни­

мает

эффект

бромураци-

ла,

т. е. в

этой

системе

БУ-Т1

и

Т1

обладают

одинаковой

чувствитель­

ностью

(рис.

99).

Эта

компенсация

или

предот­

вращение эффекта БУ, по-

видимому,

обусловлены

химической

реакцией, ко­

Рис.

99. Инактивация

бактериофага T l с

торая

может

происходить

только

в жидкой

среде.

нормальной

и

замещенной

бромурацилом

Д Н К (БУ-TI)

уквантами

С о 6 0

в питатель­

К

сожалению,

на

се­

ном

бульоне

в присутствии цистеамина в

годняшний

день

нет дан­

концентрации

0,1 М [23]:

• — фаг Т 1 :

. 4 — ф а г БУ-TI:

О — Т 1 + цистеамин;

ных, которые

помогли бы

Д — БУ-TI-Ышстеамнн.

нам

глубже

понять

эф­

фект

бромурацила

в вирусах. Вне сомнения, необходимы

даль­

нейшие

исследования

этого

эффекта,

так как

оно даст

много

интересных

сведений,

которые

будут

способствовать

более

3.

Becarevic A., Djordjovic В., Sutic

D. Nature, 1963, 198, 612.

4.

Bohne L., Coquerelle Th., Hagen

U. Int. J. Radiat.

Biol. In gress, 1970..

o.

Boyce R. P., Tepper M . Virology,

1968, 34, 344.

6.

Celano A. e. a. Nubvo cimento, 1960, 18, 190.

7.

Denhardt D. Т., Sinsheimer R. L. J. molec. Biol., 1965,

12, 663.

14.

Harm

W. In: Repair

from

genetic

radiation damage. Ed. F. H . Sobels..

New

York, Pergamon

Press,

1963, p.

107.

15.

Harm

W. Z. Vererbungsl., 1963, 94, 67.

28.

Jung H., Kiirzinger K. Radiation Res., 1968, 36, 369.

29.

Kaplan

H. S. In: Actions chimiques

et

biologiques

des radiations. Tome 12.

Ed. M . Haissinsky

Paris. Masson

el Cie, 1968, p. 69.

30.

Lytle C. D., Ginoza W. Virologv, 1969, 38, 152.

31.

Lytle C. D., Ginoza

W. Int. J. Radiat.

Biol., 1969, 14, 553.

32.

MOller

A., Kohnlein W., Zimmer K. G. J. Mol. Biol., 1963, 7, 92.

33.

Reslova

S., Drobnik J. Biochem. biophys. Res. Commun., 1968, 31, 119.

34.

Rorsch

A., van de

Camp C, Adenia

J.

Biochim.

Biophys. Acta (Amst.),

1964. 80, 246.

35.

Rupert

C. S.. Harm

W. In: Advances

in

radiation

biology. Vol. 2, Eds.

L. G. Augenstein,

R. Mason and

M . Zelle. New

York, Academic Press,

1966, p. I .

42.

Стент

Д . Молекулярная биология

вирусов бактерии. Пер. с англ. Под

ред.

А. С. Кривпского М., Изд-во

иностр. лит., 1965.

43.

Stent

G. S., Fuerst С. R. In. Advances in biological and medical physics.

Vol. V I I . Eds C. A. Tobias and J. H. Lawrence. New York. Academic Press,

1960, p. 1.

виях роста у бактерий

Е. coli деление

происходит каждые

17 мин. Бактерии можно

культивировать

на средах известного

терии содержат различное число

ядер в зависимости от стадии

и условий роста.'

Электронномикроскопические

и авторадиографические ис­

ставляет предполагать,

что репликация Д Н К

происходит

на

протяжении почти всего

клеточного цикла. Д Н К

Е. coli обла­

дает чрезвычайно большим молекулярным весом, доходящим

до

3-Ю9 дальтон.

пе

клеток доноров. Название этой

группы (Hfr-high frequency

recombination) говорит о том, что

потомство от скрещивания

Hfr

с F~ обладает способностью

рекомбинировать с высокой

к клеткам F - за 89 мин после разрыва

кольца

генома,

если

конъюгация не прерывается до ее завершения (см. рис.

113).

Бактерия

становится донором благодаря

так называемому

фак­

тору F, известному также под названием

полового

фактора, или

эписомы

F. Он находится в цитоплазме

клеток

F+, где репли­

цируется

независимо от бактериального

генома. В каком-то

смысле это «бродящий» ген. Он способен

инфицировать реципи-

ентную клетку F - , не содержащую эпнсому, и превратить

ее в-

клетку F+. Если фактор F встраивается в геном,

клетка F+ пре­

ными особенностями умеренных фагов, о которых упоминалось

в разд. 12.1. Действительно,

если пренебречь трансформацией

(см. разд. 11.3), то перенос

генетической информации между

хорошо иллюстрируется примером умеренного фага

К,

кото­

рый переносит область галактозы (gal) хромосомы Е.

coli,

если

Hfr, можно использовать для получения

разного типа мутантов,

в особенности .мутантов с различной

радиочувствительностью.

сматривались

в гл. 11. Поглощение радиационной энергии так­

ж е оказывает

отрицательное действие на метаболизм бактерий,

13.2. Инактивация

бактерий

Кривые

доза — эффект

можно

использовать

как

отправную

точку для

описания

и

более подробного

анализа

инактивации.

В отличие от случая с вирусами

трудно

окончательно

решить,

является

ли

Д Н К

в

клетке

первичной

«критической»

ми­

шенью,

поскольку

слишком

большое

количество

модифи­

цирующих

факторов,

таких,

как условия роста и облуче­

ния, пред- и пострадиационные

воздействия

и особенно,

спо­

собность

к

репарации

опреде­

ленных радиационных

повреж­

дений, оказывают

сильное

вли­

яние на форму кривых доза—

эффект. Поэтому

необходимо

каким-то иным способом пока­

зать, что кривые

доза—эффект

в первую

очередь

отражают

чувствительность

Д Н К

клетки.

доза,

крад .

Какие же можно сделать вы­

воды из кривых

выживаемости

Рис. 100. Инактивация Е. coli WP2

бактерии, если с самого нача­

hcr+ у - к

в а н

т а м и

С о 6 0

и а-частицами

ла допустить, что Д Н К — пер­

с различными ЛПЭ [3]:

кэв/мкм:

вичная мишень?

i — 240

кэ8/«к.«;

2 — 134

и з л у ­

3 — 0,3

кэв/мкм

( С о 6 0 ) :

4 — 26

кэв/мкм.

И о н и з и р у ю щ е е

ч е н и е .

Качественный

анализ

кривых доза — эффект

показывает, что,

в

отличие

от

опытов с

особенность кривых, показанных на

рис.

100, заключается в

том, что с увеличением ЛПЭ наклон

этих

кривых сначала воз-