Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
10.88 Mб
Скачать

и инкубировали эту смесь в течение 3,5 ч при 78° С, процент гибридных комплексов определяли после щелочного гидролиза и

хроматографнческого. разделения

рибонуклеотидов.

Как

видно

из рис. 90, при низких дозах облучения

наблюдается

относитель­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

но небольшой

эффект, в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то время как при значе­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ниях

свыше 20

крад

гиб­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ридизация

полностью

на­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рушается в

сравнительно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

небольшом

диапазоне доз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как

и следовало

ожи­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дать,

гибридизация

 

до­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вольно

 

незначительна,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если смесь из двух нукле­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

иновых

кислот

предвари­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тельно

не

была

инкуби­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рована,

а

также

при по­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пытке

гибриднзировать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДНК

 

из

В. subtilis

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РНК из Е. coli. Форма

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кривых

доза—эффект по­

 

I

I

1

I

 

1

I

I

зволяет

 

предположить,

 

 

что

иРНК

воспринимает

О

 

 

20

 

 

40

 

60

 

 

 

 

 

Д Н К

 

как

 

«комплемен­

 

 

 

 

Доза,

крад

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тарную», даже

если

 

она

Рис.

90. Торможение образования

гибридов

уже

содержит

несколько

ДНК — иРНК при рентгеновском

облучении

индуцированных

облуче­

Д Н К

в водном

растворе

(1,2 мг/.нл):

 

нием

повреждений. Кри­

облученная Д Н К

нз Е. coll

В. гнбридизнрованная

тическая точка

достигает­

с н Р Н К

Е. coli

В через 3.5

ч

после

инкубации

В. subtilis, гнбридизнрованная с

и Р Н К

из Е. coli В

ся при

высоких

дозах,

при 78° С

( • ) ;

бе з

инкубации

( А ) ;

Д Н К

нз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

после

инкубации

( X )

[251.

 

 

 

 

вызывающих

 

такое

 

на­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

копление

повреждений,

при

котором

дальнейшая

гибридизация

 

невозможна.

 

 

11.7.Трансляция

Вэтом разделе приводится общий обзор относительной ра­

диочувствительности различных

стадий трансляции генетиче­

ской информации нуклеиновых кислот к белкам.

Этот обзор включает функции иРНК, тРНК и рибосом.

И н ф о р м а ц и о н н а я Р Н К

(и Р Н К ) . Функции иРНК

можно исследовать с помощью тех же опытов, которые приме­ нялись при анализе индукции ферментов. Однако в данном слу­ чае имеется существенное различие, так как сначала индуци­ руется синтез продуктов галактозидазы, что влечет за собой об­ разование большого числа молекул иРНК, и только затем об­ лучаются индуцированные клетки. В этих опытах [23] обнару­ жено, что дозы ниже 12 крад не влияют на образование фермен-

180

тов. .Это не должно вызывать удивления,

поскольку молекулы

иРНК с молекулярным весом 105—106

дальтон представляют

собой относительно небольшие мишени и вследствие этого радио­ резистентны. Таким образом, при 12 крад и средней энергии попадания 60 эв следует ожидать не более 0,2—2% инактивации. Такого рода опыты ясно показывают, что уменьшение образова­

ния ферментов, вызванное облучением бактерий

перед

индукци­

ей (ср. разд. 11.5), обусловлено нарушением

процесса

транс­

крипции, а не повреждениями

иРНК или последующих

стадий

трансляции.

 

 

 

Т р а н с п о р т н а я Р Н К

( т Р Н . К ) . Траспортная

РНК"—

относительно небольшая

молекула РНК, состоящая из 70 нукле­

отидов с молекулярным

весом около 25 ООО. Функция ее состоит

в том, чтобы связывать

аминокислоты и инициировать их внед­

рение в соответствующий участок белка в рибосомах. Способ­ ность к связыванию у тРНК может быть измерена in vitro, в ча­ стности при инкубации дрожжевой тРНК («растворимой» РНК) с мечеными аминокислотами и осаждении РНК через несколько минут после начала инкубации. Измеряется содержание меченых аминокислот в кислотонерастворимой фракции. Если тРНК облу­

чается в сухом состоянии

при —80° С электронами

с энергией

1 Мэв, то ее способность

к связыванию различных

аминокислот

снижается

экспоненциально с дозой [5]. Однако наклоны

кри­

вых

доза — эффект неодинаковы для разных аминокислот,

т. е.

они

различны для разных

видов

тРНК.

Молекулярные

веса

мишеней,

определяемые

с помощью D 3 7

и уравнения

(5.5), на­

ходятся в

области 6500—23 000, в зависимости от аминокисло­

ты

(табл.

14) и, следовательно, имеют тот же порядок

вели­

чины, что и истинные

значения.

Поглощение

радиационной

энергии от 50 до 200 эв почти во всех случаях приводит к ут­

рате способности тРНК

связывать

собственные,

специфиче­

ские для них аминокислоты.

 

 

Т а б л и ц а 14

 

 

 

 

 

£)з7-инактивация способности

к связыванию

различных

аминокислот

 

•с тРНК и молекулярный вес мишени MWT,

рассчитанный

 

 

 

на основании этих доз [5]

 

 

 

 

 

 

Аминокисло­

 

M\VT

Аминокнсло-

 

 

MWT

т а / т Р Н К -

Dn,Mpad

т а / т Р Н К -

Da,

Мрад

комплекс

 

 

комплекс

 

 

 

Валин

86

6,5

Изолейщш

46

 

12,5

Метионин

62

9,5

Алании

43

 

13,5

Пролин

58

10,0

Лейцин

25

 

23,0

Р и б о с о м ы . Конечная ступень

процесса

трансляции

лока­

лизуется

в

рибонуклеопротеиновой

частице,

известной под на­

званием

рибосома. У Е. coli эта функциональная частица

имеет

коэффициент

седиментации 705 и

молекулярный вес

2,6X

181

Х Ю 6 дальтон. Уменьшение концентрации ионов магния вызы­ вает расщепление рибосомы на две субъединицы с коэффици­

ентом седиментации 505 и 305. В

процессе синтеза

белка

тРНК присоединяется к частицам

с коэффициентом

505, а

иРНК к частицам с коэффициентом 305. Функцию рибосомы можно исследовать следующим образом: рибосомы, изолиро­

ванные,

например,

из Е.

coli,

после

повторной

очистки

вво­

 

 

 

 

дятся in vitro в систему, со­

 

 

 

 

держащую

в качестве

иРНК

 

 

 

 

полиурндиловую

кислоту.

Со­

 

 

 

 

ответствующий кодон,

откры­

 

 

 

 

тый первым при изучении ге­

 

 

 

 

нетического

кода, представ­

 

 

 

 

ляет

собой

последовательность

 

 

 

 

УУУ,

т. е.

последовательность,

 

 

 

 

трех

урациловых

остатков,

ко­

 

 

 

 

дирующих

полифенил ал ап ни.

"0

100

200

300

Это означает, что если в реак-

ционной

смеси

присутствуют

 

доза,

крад

'

Т Р Н К

и

фенилалаиин, то

по-

Рнс. 91. Инактивация лнофнлнзоваи-

ЛИ-У инициирует синтез полп-

ных рибосом из E.coli В уоблуче-

фенилаланина. В случае,

когда

нием Со

[19].

 

 

лиофилизованные

рибосомы

 

 

 

 

облучаются

у-квантами

Со"",

активность и, следовательно, количество фенилаланина, синте­

зированного

в

единицу

времени, уменьшается экспоненциально

с дозой

(рис. 91). .D37

составляет

270 крад, отсюда

с

помощью

уравнения

(5.5)

можно

вычислить

молекулярный

вес

мишени,

равный 2,2-106 дальтон.

Эта величина хорошо согласуется с ис­

тинным

молекулярным

весом частицы, обладающей

коэффи­

циентом седиментации 70 5, равным 2,6-10° дальтон, ,т. е. рибосомы также инактивируются единичным событием потери, энергии в 60 эв с вероятностью, близкой к 1. Поскольку обе субъединицы рибосом играют активную роль в синтезе белка,,

вполне возможно, что инактивация одной субъединицы

может

нарушить функциональную способность единицы в целом.

 

Этим

заканчивается

обсуждение

основных функций

ну­

клеиновых кислот и их инактивации

при

облучении.

Пока­

зано, что

компоненты,

участвующие

в

трансляции,

значи­

тельно более радиорезистенты, чем функции транскрипции и

репликации, что обусловлено их низким

молекулярным

весом.

Из этих двух функций синтез

РНК,

в

свою

очередь,

более

радиорезистентен, чем синтез

ДНК,

что

можно объяснить

меньшим размером участков молекул, вовлекаемых в транс­

крипцию. Отсюда следует вывод, что

критическое

событие

есть не что иное, как индуцированное

облучением

нарушение-

репликации ДНК, которое, таким образом, становится первич­ ной причиной репродуктивной гибели,- приводящей к инак-

182

тивации бактерий. Вывод о том, что ДНК есть важнейшая

радиочувствительная

 

мишень вирусов и клеток, подтвержда­

ется

еще

множеством

других

примеров, приведенных в

по­

следующих

главах.

 

Не

исключено,

однако,

что

в определен­

ных условиях

нарушение

транскрипции

может

вызывать

зна­

чительную

долю

радиационных

повреждений

клеточной

системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

ходе

обсуждения

еще раз

подтвердилось

предположение

о том,

что

инактивацию

можно

исследовать физико-химиче­

скими

 

способами, а

не

только

с помощью

анализа

кривых

доза — эффект,

большую

часть

которых

нельзя

интерпрети­

ровать

однозначно.

 

Поэтому

создается

впечатление,

что

вы­

явление

зависимости

доза — эффект — не

окончательный

ва­

риант

исследования,

 

а

скорее

какой-то

предварительный

ана­

лиз,

позволяющий

при

 

благоприятном

стечении

обстоятельств

построить рабочую гипотезу. В прошлом многие ученые оши­ бочно понимали теорию попадания и мишени и, довольствуясь математическим анализом полученных результатов, отказыва­

лись от детального

исследования выводов, принятого в

точных

науках.

Это

привело

к

широкому

использованию

кривых

доза — эффект,

интерпретация

которых в

настоящее

время

ограничена

недостатком

соответствующих

экспериментов.

Раскрытие

молекулярных

механизмов

действия

облучения —

одна из задач радиобиологии. Она, однако,

не

может

быть

выполнена

с помощью

одного

лишь анализа

кривых

доза —

эффект,

и

для

ее

решения

потребуется

широкое

применение

эффективных физико-химических методов исследования на со­ временном уровне.

ЛИ Т Е Р А Т У Р . А

1.Blok J. Radiation research. Ed. G. Silini. Amsterdam, North-Holland Publ.

 

Co.,

1967,

p.

423.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Bresler

S.

E.,

Kalinin V. L., Perumov

D. A. Biopolymers,

1964, 2,

135.

3.

Bresler

S.

E.

e.

a. Mutation

Res.,

1967,

4,

389.

 

 

 

 

4.

Cato A., Guild

W. R. J. molec. Biol., 1968,

37, 157.

 

 

 

5.

Fawaz-Estrup

F., Setlow R. B. Radiation Res.,

1964, 22, 579.

 

 

6.

Fiers W., Sinsheimer R. L. J. molec. Biol.,

1962,

5, 424.

 

 

7.

Griffith F. J. Hyg., 1928,

27,

113.

 

 

 

 

 

 

 

8.

Guild

W.

R.,

Defilippes

F.

M .

Biochim.

Biophys.

Acta

(Amst.),

1957,

 

26,

241.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

Guthrie

G.

D.,

Sinsheimer

R. L. Biochim. Biophys. Acta

(Amst),

1963,

10.

72.

290.

 

 

 

 

H. Int. J. Radiat. B i o l ,

1969,

16, 597.

 

Hagen U., Ullrich M., Jung

 

11.

Hagen

U. e.a.

Biochim. Biophys. Acta (Amst),

1970,

199, 115.

 

12.Haldane J. B. S. J. Genet., 1919, 8, 299.

13.Harrington H. Proc. nat Acad. Sci. (Wash.), 1964, 51, 59.

14.Hutchinson F. In: Biological effects of ionizing radiation at the molecular

level. Vienna, Internet Atomic Energy Agency, 1962, p. 15.

15.Jung H. Habilitationsschrift. University of Heidelberg, 1968.

16.Jung H. e. a. Z. Naturforsch.. 1969, 24b, 1565.

183

17. Kornberg A. Enzymatic synthesis of DNA. New York, John-Wiley & Sons, 1961.

18.Kroger H., Schuchmann L. Biochem. Z., 1966, 346, 191.

19.Kucan Z. Radiation Res., 1966, 27, 229.

20. Lerman L. S., Tolmach L. J. Biochim. Biophys. Acta (Amst.), 1959,33,371.

21.Lytle C. D., Ginoza W. Int. J. Radiat. Biol., 1969, 14, 553.

22.Pauly H. Int. J. Radiat. Biol., 1963, 6, 221.

23.Pollard E. C, Barone T. F. Radiation Res. Suppl., 1966, 6, 124.

24.Ravin A. W. Advane. Genet., 1961, 10, 61.

25.Robev S., Mariuova Z. Nature, 1967, 213, 935.

26.Rupert C. S. Pholochem. Photobiol., 1968, 7, 437.

27.Ruperf C. S., Goodgal S. H. Nature, 1960, 185, 556.

28. Setlow R. В., Setlow J. K. Proc. nat. Acad. Sci. (Wash.), 1962, 48, 1250.

29.Simon M . Int. J. Radiat. Biol., 1969. 16, 167.

30.Sinsheimer R. L. J. Molec. Biol., 1959, 1, 43.

31.Тапоока H., Hutchinson F. Radiation Res., 1965, 24, 43.

32. Watson

J. D. Molecular biology on de gene. New York,

W. A. Ben­

jamin,

1965.

 

33. Weiss J.

J., Wheeler С. M. Biochim. Biophys. Acta (Amst.),

1967, 145, 68.

ДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ А 1 2 НА ВИРУСЫ

12.1. Некоторые основные свойства вирусов

 

 

Вирусы—это биологические объекты, не имеющие

собст­

венного обмена веществ и

способные реплицироваться

только

с помощью

генетического

и

метаболического

аппаратов

клет­

ки хозяина, т. е. это своего

рода паразиты

на молекулярном

уровне. Если

клетка

хозяина

бактерия,

то вирусы называют

бактериофагами или

фагами.

Поскольку

радиационные

эффек­

ты обстоятельнее всего изучены именно на бактериальных ви­ русах, большая часть экспериментального материала, пред­ ставленного в этой главе, получена при исследовании бакте­

риофагов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Существует

множество

книг, где

подробно

описаны

свой-

ста

и репликативные

циклы

многих

вирусов

бактериофа­

гах см., например, [1, 42]),

однако

мы все же

решили,

прежде

чем перейти к рассмотрению ответных

реакций

вирусов на

действие

излучений,

привести

здесь

краткую

сводку

 

основ­

ных характеристик и терминов. Вирусы

состоят

из

белковой

оболочки

(капсиды)

более

или

менее

сложной

структуры,

включающей

носитель генетической

информации, т. е. какую-

то нуклеииовую-кислоту. РНК-вирусы

большей

частью

 

содер­

жат

одноцепочечную

нуклеиновую

кислоту,

хотя

известно

несколько

вирусов с

двухцепочечной

РНК. ДНК-вирусы

со­

стоят из одноили двухцепочечной

Д Н К в форме нити

или

кольца. В табл. 15 и

16 приведены

представители

обеих

групп.

Процесс размножения вирусов—так называемая инфекция — может проявлять большое многообразие, в зависимости от при­ роды клетки хозяина. Начинается он с внедрения вируса в клетку хозяина, которое у Т-фагов кишечной палцчки осуществ­ ляется следующим образом. Эти фаги имеют «головку», со­ держащую нуклеиновую кислоту, и «хвост», кончик которого прикрепляется к особым «рецепторам» на стенке клетки хозяи­

на. Вполне

возможно,

что

содержащиеся

в хвостике

фер­

менты

«переваривают»

клеточную

стенку,

и

через

образую­

щееся

таким образом

отверстие

инъецируется

ДНК.

Затем

наступает

латентный

период

Е. coli

он длится

примерно

15 мин), характеризующийся

тем,

что в

клетке

хозяина не

может

быть

обнаружен

функционирующий

вирус.

В

начальной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

15

Чувствительность вирусов с одноцепочечной

нуклеиновой кислотой

 

к ионизирующему излучению. Сравнение

молекулярных

весов мишени

MW-ir

рассчитанных по D37l

с истинными молекулярными весами ДНК или РНК [12]'

 

Вирус

 

 

MW

 

D,-,,

крад

 

M\VT,

M\VT/MW

 

 

Д Н К и РНК ,

10°

далыпон

 

 

 

 

 

10°

дальтон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д Н К - в и р у с ы:

 

 

 

 

 

 

 

Фаг срХ174

 

 

 

1,7

 

 

380

 

 

 

1,5

0,9

ФХ174-ДНК

 

 

 

1,7

 

320—380

 

1,5—1,8

0,9—1,1

Фаг513

 

 

 

1,7

 

 

390

 

 

 

1,5

0,9

 

 

 

 

 

Р Н К - в и р у с ы:

 

 

 

 

 

 

 

Вирус

табачной

мозаики

2,0—2,2

290—300

 

1,9—2,0

0,9

РНК. вируса табачной мо­

2,0—2,2

 

300

 

 

 

1,9

0,9

заики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8

0 , 7 - 1 , 1

Фаг R17

 

 

0,7—1,1

 

750

 

 

 

Вирус

кустистой карлико­

 

1,5

 

 

450

 

 

 

1,3

0,9

вости

 

 

 

1,5

 

 

450

 

 

 

1,3

0,9

Вирус

некроза

табака

 

 

1,5

 

 

670

 

 

 

0,9

0,6

Вирус

саркомы

Рауса

 

 

10,0

45—200

 

 

2,9—12,9

0,3—1,3

Вирус

ныокаслской

бо­

7,5—33,0

 

50

 

 

 

 

11,6

0,4—1,5

лезни

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

1&

Чувствительность вирусов с двухцепочечной ДНК

 

 

 

 

 

 

к ионизирующему излучению. Сравнение молекулярных весов

 

 

мишени (MW-r), рассчитанных по

D 3 7 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с истинным молекулярным весом ДНК [12]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вирус

 

10°

дальтон

D,-,

крад

 

MWf,

 

M\VT/M\V

 

 

 

 

106

дальтон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фаг а

 

 

 

 

30

 

22--27

 

 

22—26

0,7—0,9

Вирус

полиомы

 

 

 

3

 

500

 

 

 

1,2

 

0,40

ФХ174-РФ-ДНК

 

 

3,4

780

 

 

 

0,7

 

0,21

Фаг Т1

 

 

 

30

 

320—570

 

1,0—1,8

0,03—0,06-

Фаг Т2

 

 

130

 

55-100

 

5,8—10,5

0,04—0,08

Фаг Т4

 

 

130

 

 

100

 

 

 

5,8

 

0,04

Фаг Т7

 

 

 

42

 

150

 

 

 

3,9

 

0,09

Фаг X

 

 

 

 

31

 

380

 

 

 

1,5

 

0,05

Фаг 22

 

 

 

39

 

 

140

 

 

 

4,1

 

0,11

Фаг ВМ

 

 

 

25

 

210

 

 

 

2,8

 

0,11

Аденовирус тип V

 

 

66

 

 

77

 

 

 

7,5

 

0,11

Вирус

папилломы Шоупа

 

14

 

480

 

 

 

1,2

 

0,09

Вирус

оспы

 

 

 

156

 

 

80

 

 

 

7,2

 

0,05

фазе

этого периода

(известной под названием

эклипса) проис­

ходит

синтез ранних

ферментов.

Как

только

знаканчивается

подготовка

ферментов (главным

образом полимеразы и нук-

леазы), начинается

синтез

нуклеиновых

 

кислот.

Согласно

мо-

186

дели Уотсона и Крика, в двухцепочечной

Д Н К

этот процесс

протекает полуконсервативным путем; что

же

касается РНК-

вирусов, то многие детали этого процесса еще остаются неяс­

ными.

Кольцеобразная

одиоцепочечная Д Н К

фага

 

срХ174

(как известно, заражающего протопласты даже

без

участия

капсида; см. разд.

11.2)

вскоре после

внедрения

превращается

в кольцеобразный

двойной

тяж — так

называемую репликатив-

ную форму (РФ),

которая

также

инфекционна.

Путем

полу-

коисервативиой репликации из этой двухцепочечной

Д Н К

воспроизводится несколько копий, служащих матрицами

при

синтезе одноцепочечной срХ-ДНК [40].

 

 

 

 

Когда накапливается

достаточно

большое количество

вновь

синтезированных молекул, начинается белковый синтез

кап­

сида,

за которым

следует

созревание

вирусов,

т. е.

воссоеди­

нение ДНК с капсидом. Почти ничего не известно о деталях

процесса сборки

вируса. Конечное

высвобождение

вирусов

из

клетки

хозяина

происходит разными путями.

Большинство

фагов

ферментативно разрушают

стенку клетки

хозяина,

тем

самым вызывая лизис (разрушение клетки), который, в свою очередь, ведет к высвобождению от 100 до 200 новых фагов в зависимости от типа фага. Другие вирусы просто «вытекают» из клетки или образуют выпячивание в стенке клетки хозяина, которое потом сокращается и отшиуровывается, а клетка хо­ зяина при этом остается более или менее интактной.

Т-фаги Е. coli. Все семь фагов Т-серии Е. coli содержат двухцепочечную ДНК, и их ответные реакции на облучение

известны

во

многих

деталях. Обычно

эти фаги делят

на

две

группы — четные и

нечетные

Т-фаги.

Размножение

первой

группы,

т. е. фагов

Т2, Т4, Т6,

не зависит от целостности

бак­

териального

генома.

Имеются

экспериментальные данные о

том, что

он

фактически разрушается

во время инфекции.

По­

скольку Д Н К этих фагов вместо цитозина содержит 5-окси- метилцитозин, они в отличие от нечетных Т-фагов в период эклипса должны синтезировать несколько добавочных фермен­

тов,

таких, как

оксиметилазы, превращающие перед

синтезом

Д Н К

цитозин

в

оксиметилцитозин.

Поскольку

эти

 

ступени

реакции требуют дополнительной генетической информации,

не

удивительно, что четные Т-фаги содержат в 3—4

раза

 

больше

ДНК, чем нечетные (см. табл. 16). Последние имеют

в

своем

составе цитозин

и

не

разрушают

(за исключением

фага

Т5)

геном Е. coli.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Умеренные

фаги.

Фаги, реплицирующиеся выше описанным

способом,

называются

вирулентными.

Однако

имеются

слу­

чаи,

когда

фаги

ведут

«мирное» существование

после

внедре­

ния в хозяина без всякого вирулетного размножения. Их назы­

вают

умеренными фагами, а

клетки

хозяина —

лизогенными

бактериями. Лучший

пример

такого типа фагов — фаг

X.

Он

имеет

двухцепочечную

кольцеобразную

молекулу

Д Н К

и

хо-

187

зяином его является Е. coli 1<12. Во время

«мирной»

стадии;

(стадия профага) А-ДНК прикрепляется к

геному

кишечной

палочки неподалеку от маркера галактозы

gal (см. рис.

113),

затем реплицируется вместе с бактериальной Д Н К и даже

на­

следуется дочерними клетками после деления. Профаги, од­

нако, могут быть в

любое

время «индуцированы»,

например

УФ-излучением,

т.

е. они

становятся

вирулентными

и лиди­

руют клетку. Если

потомство индуцированных профагов л

заражает новые

лизогенные клетки кишечной палочки, маркер

gal первого хозяина

часто

передается

или «трансдуцируется»

новому.

 

 

 

 

 

Благодаряэтому свойству, а также ряду других, фаги к постепенно становятся излюбленным объектом радиобиологи­ ческих исследований. К фагам Я мы еще вернемся в разд. 12.4.

Обнаружение фага. В соответствии с тем, что только что бы­ ло сказано о свойствах инфекционного цикла, фаги обнаружи­ ваются следующим образом. Анализируемый бактериофаг до­

бавляется

к избыточному количеству бактериальных

клеток

хозяина,

«высевается»

на

питательный

агар

и инкубируется

при 37° С

около 15 ч,

так

что бактерии

образуют

сплошной

«газон». Все бактерии

лизируются потомством

фага неподалеку

от места

его локализации

в период роста.

В результате в бак­

териальном слое образуется пятно, называемое бляшкой. Эти

бляшки, имеющие примерно тот же

диаметр,

что

и

бактери­

альные колонии, можно подсчитать невооруженным

глазом.

Подробное

описание

методов исследования содержится

в книге

Адамса [1].

 

 

 

 

 

 

 

12.2. Инактивация вирусов, содержащих

 

 

 

одноцепочечные нуклеиновые кислоты

 

 

 

Вирусы,

в состав

которых входят

одноцепочечные

Д Н К

и РНК, — простейшие

из

содержащих

нуклеиновые

 

кислоты

систем. Р1менно поэтому

они дают возможность

на

основании

экспериментальных данных получить однозначную информацию

об

элементарных процессах радиационных

повреждений.

Тем

не

менее этот раздел будет сравнительно

коротким, так

как

действие излучения на одноцепочечные

вирусы (исключение,

по всей вероятности, составляют фаг срХ174 и вирус табачной

мозаики) до

сих пор исследовано гораздо менее

подробно,

чем действие излучения

на вирусы, содержащие

двуцепочеч-

ную ДНКНачнем наше изложение со сравнения

радиочувст­

вительности

различного

типа вирусов,

используя

для этого

инактивацию

(т. е. потерю способности

образовывать бляшки)

в условиях преимущественно прямого действия излучения. Та­

кие данные получить не всегда удается, так как

многие

ви­

русы не переносят высушивания. В таких случаях

приходится

полагаться на данные опытов, проводимых в растворе в

при-

188

сутствии

ловушек

радикалов

(таких, как питательный

бульон

или гистидин)

или

в замороженных

взвесях.

Полученные

в этих

условиях

значения

D 3 1 обычно

занижены,

так

как в

большинстве случаев

неизвестен

уровень

чувствительности

в сухом

состоянии (см. рис.

56). Как видно

из табл. 15,

моле­

кулярные

веса

мишеней,

вычисленные

из

D 3 7

с

помощью

уравнения (5.5),

довольно

хорошо

согласуются с молекуляр­

ными

весами

нуклеиновых

 

кислот

соответствующих

вирусов.

Это дает возможность сделать некоторые выводы, хотя и с ого­ воркой, неизбежной при любом анализе такого рода.

1. Вся нуклеиновая кислота является радиочувствительной мишенью вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК.

2. В экспериментальных условиях, когда преобладает пря­ мое действие, белковая оболочка практически не оказывает существенного влияния на чувствительность нуклеиновой кис­ лоты. Это подтверждается также прямыми измерениями, пока­ зывающими, что РНК, выделенная из вируса табачной мозаи­ ки, и ДНК, полученная из фага срХ174, имеют такую же радио­

чувствительность, как и интактный вирус (см. табл.

15).

 

3. Повреждение белковой оболочки, масса которой

у боль­

шинства вирусов составляет половину

общей массы

 

и

вслед­

ствие этого поглощает примерно такое

же количество

 

радиа­

ционной энергии, как и нуклеиновая кислота, не влияет на ис­ следуемую функцию вируса, т. е. при инактиваци, индуцируе­

мой

прямым эффектом, доля вирусов с поврежденным

бел­

ком

(т. е. вирусов, утративших

способность

прикрепляться

к клетке хозяина) незначительна

по сравнению

с долей,

содер­

жащей поврежденные нуклеиновые кислоты.

 

 

4. В большинстве случаев поглощение среднего количества энергии в 60 эв достаточно, чтобы вызвать инактивацию одноцепочечного вируса.

Эти положения в своей основе справедливы в той же мере,

как и сама теория. Тем не менее с

должной

осторожностью,

необходимой при анализе,

основанном

на

теории

мишени,

можно утверждать, что неодинаковая

радиочувствительность

различных одноцепочечных

вирусов

прежде

всего

отражает-

неодинаковое содержание в них нуклеиновых кислот, а не раз­

личия в

чувствительности

их составных

частей. Иными

слова­

ми, чем

выше

содержание

ДНК, тем

чувствительнее

вирус.

Напомним, что

анализ мишени ферментов (см. рис. 28)

при­

вел к аналогичным выводам.

 

 

Инактивация вируса, несомненно, означает, что он утратил

способность завершать все

сложные ступени реакции,

участ­

вующие в нормальном репликативном цикле (см. разд. 12.1). Вопрос о ступенях реакции, которые имеют место даже у инактивированного фага, исследован Литлем и Гинозой [30], использовавшими для опытов фаг срХ174. По их данным, об­ лучение в замороженном питательном бульоне не отра-

189

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ