книги из ГПНТБ / Дертингер Г. Молекулярная радиобиология. Действие ионизирующих излучений на элементарные биологические объекты
.pdfжается |
сколько-нибудь |
значительно |
|
на |
прикреплении |
|
фага |
|||||
к батериалы-юй |
клетке хозяина. Около |
70% |
инактивированного |
|||||||||
фага не |
теряет |
способности |
инъецировать |
свою |
Д Н К |
в |
клет |
|||||
ку хозяина. Это |
количество |
сравнимо |
с долей |
фагов, |
в |
ДНК. |
||||||
которых |
не обнаруживаются |
разрывы |
нитей |
ДНК |
[31] |
(см. |
||||||
разд. 11.2). Более чем 80% |
поврежденных |
одиночных |
тяжей, |
|||||||||
инъецируемых в |
клетку, |
хотя бы |
частично |
превращаются |
||||||||
в репликтивную |
форму |
(РФ-ДНК)- |
Поврежденная |
ДНК не |
предотвращает транскрипцию или репликацию неповрежденной
ДНК. Она |
также |
не может убить клетку хозяина. |
Эти |
наблю |
||||
дения, по-видимому, связаны |
с тем, |
что Д Н К инактивирован- |
||||||
ных фагов |
теряет |
способность прикрепляться к особым участ |
||||||
кам |
мембраны |
хозяина, |
необходимым |
для |
репликации |
|||
РФ - ДНК |
(ср. |
[40]). Поврежденная |
Д Н К |
н е . |
может |
|||
убить |
бактерию, |
препятствуя |
ее |
синтетическим |
процессам, |
так как последние преимущественно протекают в тех же реплнкативных участках. Судя по данным комплементационного анализа, ни одна из фагоспецифическпх функцией не прояв
ляется |
инактивированным фагом, |
несмотря |
на |
образование |
||
РФ-подобных структур. |
|
|
|
|||
Итак, |
первичная причина инактивации |
при |
у-облучении— |
|||
индукция |
физико-химических |
повреждений, |
поражающих |
|||
стадии |
развития, |
предшествующие появлению фагоспецифиче- |
||||
-ских функций. По |
всей вероятности, предотвращается процесс |
прикрепления РФ-ДНК к репликативным участкам на мембране клетки хозяина.
Единственный доступный материал, который может решить во прос о физико-химической природе летального события, вклю чен нами в разд. 11.2, где обсуждается действие излучения на инфекционную срХ-ДНК.. Помимо одноцепочечных разрывов, летальных при всех условиях, свой вклад в инактивацию так же вносят и изменения оснований. Величина этого вклада со ставляет примерно три четверти общего эффекта [31]. Однако
тюка |
еще |
не совсем |
ясно, с какой |
вероятностью |
инактивация |
|||||
вызывается изменением оснований. |
|
|
|
|
|
|||||
12.3. Инактивация вирусов, содержащих |
|
|
|
|||||||
двухцепочечную ДНК |
|
|
|
|
|
|
||||
Большая часть вирусов, содержащих двухцепочечные |
ну |
|||||||||
клеиновые |
кислоты, |
имеет геном, |
состоящий из ДНКИзвест |
|||||||
ны всего лишь три типа |
вирусов, |
содержащих |
двухцепочечную |
|||||||
Р Н К |
[29]. Поскольку |
их |
ответные |
реакции на |
ионизирующее |
|||||
излучение |
не |
были |
изучены .должным |
образом, |
обсуждение |
|||||
придется |
ограничить |
ДНК-содержащими вирусами. Анализ |
||||||||
мы снова |
начнем со |
сравнения молекулярного веса |
Д Н К |
с ве- |
||||||
.личинами |
MWT, |
рассчитанными |
из |
уравнения |
(5.5) |
(см. |
||||
табл. |
16). |
|
|
|
|
|
' |
|
• |
|
190
|
Отношение MWT/MW |
|
известно как |
вероятность |
инактива |
|||||||||
ции, и его часто называют |
эффективностью гибели. |
Значения |
||||||||||||
его лежат в диапазоне 0,05—0,10. Исключение составляют |
пер |
|||||||||||||
вые три типа вирусов, которые обсуждаются |
отдельно. |
Бла |
||||||||||||
годаря |
своей ДН К двухцепочечные |
вирусы |
гораздо |
менее |
||||||||||
чувствительны к излучению, чем вирусы, содержащие |
одно |
|||||||||||||
цепочечные нуклеиновые |
кислоты, |
эффективность |
гибели |
ко |
||||||||||
торых |
приблизительно |
равна единице. |
Можно |
предположить |
||||||||||
три |
возможных |
объяснения |
такой |
повышенной |
|
резистентности. |
||||||||
|
1. Инактивирующие |
события |
двухцепочечного |
вируса |
по |
|||||||||
своей |
физико-химической |
природе |
отличаются |
от |
таких |
ж е |
||||||||
событий в одноцепочечном вирусе и происходят |
гораздо |
реже. |
||||||||||||
|
2. Радиочувствительность |
двухцепочечных |
|
вирусов |
|
сни |
||||||||
жена благодаря особым механизмам репарации. |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
3. Молекула |
ДНК, молекулярный |
вес которой на 1—2 по |
|||||||||||
рядка |
выше молекулярного |
веса |
|
одноцепочечных |
вирусов, |
|||||||||
имеет |
чувствительную |
область («критическая» |
|
мишень). По |
||||||||||
вреждение этой |
области |
вызывает |
инактивацию, в |
то |
время |
|||||||||
как |
абсорбция |
энергии |
|
излучения |
в |
других частях |
молекулы |
|||||||
к такому результату не приводит. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Эти гипотезы основаны на предположении, что |
ДНК. — |
|||||||||||||
единственая чувствительная |
мишень |
вирусов. |
Из |
сказанного |
в этой главе и в гл. 14, следует, что данное предположение не
должно |
вызывать |
сомнения, |
особенно |
когда |
речь |
идет |
||
о прямом |
действии |
излучения. |
Не оправдана, |
по-видимому, |
||||
третья гипотеза, хотя как будто |
существуют |
подтверждающие |
||||||
ее экспериментальные данные [12]. Детальное |
обсуждение пер |
|||||||
вых двух гипотез мы начнем с |
вопроса |
о природе инактиви- |
||||||
рующего |
события. |
|
|
|
|
|
|
|
О д н о ц е п о ч е ч н ы е |
р а з р ы в ы |
к а к и н а к т и в и- |
||||||
р у ю щ е е |
с о б ы т и е . |
Высокая |
радиочувствительность |
фагз |
||||
а (см. табл. 16) требует-более тщательного |
анализа. |
Двух- |
цепочечная природа этого фага Bacillus megaterium в настоя
щее |
время |
считается |
фактом |
установленным |
[2]. £>37 его |
инак |
||||||||
тивации в питательном бульоне или растворе |
гистидина |
лежит |
||||||||||||
в диапазоне от 22 до 27 крад |
[6, 10], что, согласно |
уравнению |
||||||||||||
(5.5), |
дает |
MWT (22—26) 106. Поскольку |
истинный |
молекуляр |
||||||||||
ный |
вес этого |
фага равен 30 - Ю 6 , то эффективность |
гибели |
|||||||||||
находится в диапазоне 0,7^0,9. Эти значения |
соответствуют |
|||||||||||||
результатам |
|
Аурезичио |
и др. [2], установивших, |
что эф |
||||||||||
фективность |
гибели |
лежит |
в области |
0,5—1,0 |
на |
распад, |
||||||||
когда |
инактивация |
фага |
а |
обусловлена |
трансмутацией |
Р 3 2 . |
||||||||
По |
данным |
Фрайфельдера |
[11], использовавшего |
метод |
уль |
|||||||||
трацентрифугирования, доля |
молекул ДН К с одноцепочечкы- |
|||||||||||||
ми |
разрывами |
возрастает |
с |
дозой примерно в той же мере, |
||||||||||
как и инактивация фагов а. |
Однако более |
подробный |
анализ' |
|||||||||||
полученных |
данных показал, |
что разрыв |
одной из двух |
цепей |
||||||||||
не обязательно |
приводит к. инактивации. |
Отсюда |
следует |
пред- |
191
положение, что либо |
разрывы локализованы в каком-то одном |
|
из двух тяжей, |
либо |
при размножении фага в клетке синтез |
Д Н К начинается |
на |
одном случайно выбранном из двух воз |
можных тяжей. Если же этот тяж содержит разрыв, то новые
фаги не образуются. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Данные |
|
Фрайфельдера |
не |
позволяют |
выбрать |
|
между |
||||||
этими |
двумя |
возможностями. |
Известно, |
однако, |
что |
один из |
|||||||
двух тяжей ДН К фага |
а тяжелее' другого |
благодаря |
|
особому |
|||||||||
составу оснований. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
После |
денатурации |
оба |
тяжа |
ДН К |
|
можно |
разделить |
||||||
центрифугированием в градиенте плотности CsCI. |
|
Меченая |
|||||||||||
иРНК, |
синтезированная В. megaterium |
через |
15—20 |
мин |
|||||||||
после заражения фагом ос, образует гибриды только |
с |
тяже |
|||||||||||
лой нитью |
денатурированной |
ДН К |
фага |
а, |
и состав |
|
ее |
осно |
|||||
ваний аналогичен составу оснований легкого |
тяжа. |
Именно |
|||||||||||
такого рода результат можно ожидать, если тяжелая |
нить — |
||||||||||||
единственная |
матрица |
для синтеза |
ДН К [47]. Отсюда |
естест |
|||||||||
венно |
напрашивается |
вывод |
о |
том, что |
инактивация |
внекле- |
точно облученного фага а обусловлена разрывом более тя желого из двух тяжей ДНК.
Описанные здесь результаты не типичны для вирусов, со
держащих |
двухцепочечную ДНК, |
и составляют |
исключение, |
||||||
так как фаг а может считаться «замаскированным» |
одноцепо- |
||||||||
чечным |
фагом. Вполне |
возможно, что исключение представляет |
|||||||
также |
вирус полиомы |
с |
его относительно |
высокой |
вероятно |
||||
стью инактивации |
0,4, |
поскольку |
денатурация двухцепочечной |
||||||
кольцевой |
ДНК |
этого |
|
вируса может не только не вызывать |
|||||
потерю |
инфекционное™, |
но даже |
значительно |
увеличивать |
|||||
ее [50]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Еще одно исключение, касающееся относительной радиочув |
|||||||||
ствительности,— репликативная |
форма |
фХ174-ДНК |
(см. |
табл. 16). Эта РФ-ДНК обладает в два раза большим моле
кулярным весом, но в два |
раза меньшей |
радиочувствительно |
стью, чем одноцепочечная |
ДН К [13], что |
дает эффективность |
гибели 0,21. Сходные результаты получены в опытах с УФ-
облучением |
[54] |
и |
распадом |
Р 3 2 |
[7] . Тейлор |
и |
Гиноза |
[46] |
||
с помощью |
зонального центрифугирования определили, |
что |
||||||||
в облученной фХ-ДНК отношение одно- и двухцепочечных |
раз |
|||||||||
рывов соответствует 38 : 1. Это означает, что |
только |
неболь |
||||||||
шую долю инактивации РФ-ДНК |
|
можно |
отнести |
за |
счет |
|||||
двухцепочечных |
разрывов. По |
всей |
вероятности, |
инактивация |
||||||
в данном случае главным образом |
обусловлена |
одноцепочеч- |
||||||||
ными разрывами и повреждениями |
оснований. |
|
|
|
|
|||||
Д в у х ц е п о ч е ч н ы й р а з р ы в к а к и и а к т и в и р у ю- |
||||||||||
щ е е с о б ы т и е . |
О характере |
инактивирующего |
события |
|||||||
для большинства |
|
двухцепочечных |
вирусов, |
представленных. |
||||||
в табл. 16, можно судить по следующей корреляции: |
эффек |
|||||||||
тивность гибели от 0,05 до 0,1 на 60 эв |
соответствует значениям |
192
G 0,08—0,17. Эти значения |
согласуются |
с |
данными, приведен |
|||||||
ными в разд. 10.4, где было |
показано, |
что облучение Д Н К в ус |
||||||||
ловиях |
|
преобладающего |
прямого действия |
(т. е. в |
сухом |
со |
||||
стоянии, |
в клетках или |
в |
виде нуклеопротеинового |
геля) |
при |
|||||
водит |
к |
образованию двухцепочечных |
разрывов |
с выходом G |
||||||
от 0,1 |
до 0,15. На основании этого соответствия |
представляется |
||||||||
важным |
проанализировать |
соотношение |
между |
инактивацией |
Рис. 92. Инактивация бактериофага Т7 рентгенов ским излучением в Ю~2 М фосфатном буфере при рН=7,8 ( • ) , Ю - 3 М растворе гистидина (о) и питательном бульоне ( А ) , а также в растворе гистидина в анаэробных условиях при добавлении цистеина ( ) [9].
двухцепочечных вирусов и двухцепочечными разрывами в их
ДНК. |
|
|
|
|
|
Фаг Т7 в фосфатном буфере дает |
кривую |
выживаемости, |
|||
имеющую вначале плечо (рис. 92). |
Напротив, инактивация |
в |
|||
питательном бульоне или в Ю - 3 М растворе |
гистидина |
приво |
|||
дит к чисто экспоненциальным |
кривым доза — эффект с |
одина |
|||
ковыми наклонами (1>з7 = 84 |
крад). |
Добавление цистеина |
к |
раствору гистидина приводит к дальнейшему снижению радио
чувствительности (см. рис. 47). D37 |
соответственно возрастает |
|||
до 175 крад |
(см. рис. 92). Определив |
с помощью аналитической |
||
ультрацентрифуги долю молекул ДНК, не |
претерпевших |
изме |
||
нений после |
облучения в буфере, получим |
соотношение |
между |
1/2 7 Г. Дертннгер, X . Юнг |
193 |
этой долей и процентом выживших фагов, равное 1 : 1 (рис. 93). Линейная экстраполяция результатов, полученных в гистидине или питательном бульоне, приводит к выводу о том, что около 40% инактивации фага Т7 вызвано двухцепочечными разрыва ми (см. рис. 93).
Рис. d3. Сопоставление числа поврежденных молекул |
|||||
ДНК с числом ннактивпрованиых фагов Т7, |
подверг |
||||
нутых рентгеновскому облучению в |
Ю - 2 М |
фосфат |
|||
ном буфере |
при |
рН = 7,8 |
( ' • ) , Ю - 3 |
М растворе ги- |
|
стидина ( о ) |
н |
растворе |
гистидниа |
в анаэробных |
условиях при добавлении цистенна ( • ) [9].
Правильнее было бы отложить долю неповрежденных моле кул на полулогарифмическом графике против дозы. В этом случае получаем прямую с D37 = 270 крад, откуда следует, что 31% инактивации фага Т7 обусловлено двухцепочечными раз
рывами |
(см. рис. 93). На основании сходных расчетов у фага |
Т1 около |
20% летальных событий связывается с двухцепочеч |
ными разрывами [4]. После облучения в растворе гистидина, содержащем цистеин, еще раз получаем отношение 1 : 1 между числом молекул ДНК с двухцепочечными разрывами и числом
инактивированных фагов Т7 (см. рис. 93) |
. Поскольку в тех же |
||||||
экспериментальных условиях (см. рис. 92) |
наблюдается |
защита |
|||||
с ФУД = 2 по |
сравнению |
с чистым |
гистидиновым |
раствором, в |
|||
присутствии |
цистеина |
не |
возникает «повреждений |
другого |
|||
типа», вызывающих от 60 |
до 70% |
инактивации в |
питательном |
бульоне или в растворах гистидина. Наряду с этим незначи тельно возрастает абсолютное число двухцепочечных разрывов.
194
Плечо на |
кривой доза — эффект, полученной при облучении |
в буферном |
растворе, свидетельствует о том, что действие вод |
ных радикалов в большинстве случаев вызывает одиоцепочечные разрывы и что только их накопление при возрастании дозы увеличивает вероятность двухцепочечных разрывов. Этот меха низм образования двухцепочечных разрывов в разведенных водных растворах уже обсуждался подробно в разд. 10.4 (см.
рис. 74). Здесь, |
правда, имеет |
место расхождение, |
|
так как |
|
двухцепочечиый |
разрыв (см. рис. 92) возникает, если |
два одно- |
|||
цепочечных разрыва разделены примерно 100 парами |
основа |
||||
ний, однако такой механизм |
их |
образования кажется |
малове |
||
роятным. Не исключено, что |
наряду с накоплением |
одноцепо- |
чечных разрывов в этом процессе принимает участие механизм
инактивации, подобный тому, |
который |
наблюдали |
Дыоэй и |
|||||
Стайн |
[8], воздействовавшие |
атомами |
водорода |
на |
фаг |
Т7 в |
||
водном |
растворе. В |
этих условиях атомарный |
водород, |
по- |
||||
видимому, вызывает |
выход ДН К из фага в среду, где она затем |
|||||||
быстро распадается под влиянием дальнейшего действия |
ради |
|||||||
калов. Кинетика |
такого рода |
взаимодействий экспоненциальна, |
||||||
что было также |
обнаружено в опытах |
с высушенным |
сЬагом Т1 |
и атомарным водородом [28].
Одноцепочечные разрывы относительно неэффективны для инактивации двухцепочечных вирусов. Этот вывод подтвержден опытами по включению радиоактивного фосфора в ДН К фага. При распаде Р 3 2 образуется S3 2 , что, по всей вероятности, со провождается гидролизом вновь образовавшейся серо-эфирной связи и ведет к появлению одноцепочечного разрыва. В опытах со многими видами фагов было показано, что дезинтеграция Р 3 2 приводит к инактивации с вероятностью около 0,1 [43]. Такая низкая эффективность гибели была воспринята как свидетель ство того, что одноцепочечные разрывы не вызывают инактива цию фагов, содержащих двухцепочечную ДНК, тогда как примерно в одном из десяти распадов ядра отдачи S3 2 возни кает разрыв и в комплементарной цепи ДНК. Однако эта, ня наш взгляд, приемлемая гипотеза инактивации фагов не под твердилась однозначно прямыми измерениями. По данным Икенага [27], количество ннактивированных фагов Т1 соответ ствует доле молекул ДИК с двухцепочечнымн разрывами, хотя, согласно сообщениям Ресловой и Дробника [33], число двух цепочечных разрывов по крайней мере на порядок меньше, чем число фагов, ннактивированных при распаде Р 3 2 .
Образование поперечных сшивок |
внутри |
молекулы |
Д Н К — |
|||||
еще один |
механизм, участвующий |
в |
инактивации |
облученных |
||||
фагов. Эти |
внутримолекулярные |
поперечные |
сшивки |
|
обнару |
|||
живаются |
при седиментационном |
анализе, |
подобном |
тому, |
||||
результаты |
которого приведены |
на |
рис. 76 для |
межмолекуляр |
||||
ных сшивок. Этот процесс, однако, |
вызывает |
лишь |
примерно |
|||||
3% инактивации фага Т1 после |
его облучения |
в питательном |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Va 7* 195 |
бульоне. В этих условиях сравнимая часть инактивированного фага Т1 (около 3%) содержит сшивки между Д Н К и белком оболочки [4]. Если преобладает прямое действие излучения, прикрепление инактивированного фага Т2 к бактериальной клетке хозяина почти не нарушается [48], однако после облу чения в буфере до 80% инактивированных фагов оказываются неспособными адсорбироваться на своем хозяине — бактериаль ной клетке [49].
Подводя итоги, можно сказать, что |
двухцепочечные разры |
|||
вы Д Н К бактериофага |
в любом |
случае |
определяют |
инактива |
цию фага. К такому же выводу в разд. 5.3 приводят |
расчеты, |
|||
основанные на методе |
трековых |
сегментов (см. |
рис. 33), |
согласно которому инактивация фага Т1 наступает, когда собы
тие потери |
энергии, |
включающее |
не |
менее двух |
|
ионизации, |
|||||
происходит |
в |
пределах |
расстояния |
примерно |
12 |
А. |
Далее, |
||||
сравнивания |
расстояние |
12 |
А со |
средним |
диаметром |
спирали |
|||||
Д Н К (от 16 до 20 А) |
и предположив, |
что в каждой |
цепи Д Н К |
||||||||
происходит |
по |
одной |
ионизации, |
можно прийти к |
выводу, что |
||||||
в данном случае имеют место двухцепочечные разрывы. |
|||||||||||
Было показано, |
что |
в |
определенных |
экспериментальных |
|||||||
условиях (например, в гистидине) не |
все |
случаи |
инактивации |
||||||||
можно отнести за счет двойных разрывов, |
однако, |
|
природа |
||||||||
остальных инактивирующих |
повреждений |
еще полностью не |
|||||||||
раскрыта. Тем не менее установлено, |
что |
фаги, |
содержащие |
||||||||
двухцепочечную |
ДНК, способны, |
за |
некоторым |
исключением, |
переносить от 10 до 20 сублетальных повреждений (одноцепочечные разрывы и изменения оснований) и не быть при этом
инактивированными. |
Такие |
же |
повреждения |
у одноцепочеч |
||||
иых вирусов |
почти |
всегда |
детальны. |
Одно |
из |
возможных |
||
объяснений |
заключается |
в |
том, что сублетальные повреж |
|||||
дения в двухцепочечной |
Д Н К |
не |
препятствуют |
процессу |
||||
репликации и просто «остаются в стороне». Вторая |
возможная |
|||||||
причина — репарация |
клеткой |
хозяина — будет |
подробнее рас |
|||||
смотрена ниже. |
|
|
|
|
|
|
|
12.4.Репарация радиационных повреждений вирусной ДНК
Важнейшие из известных процессов репарации ферментативны и находятся под генетическим контролем либо самого вируса, либо клетки хозяина. Однако большая часть процессов репарации, механизмы которых в настоящее время хорошо известны, элиминирует только УФ-повреждения. Поэтому не лишено смысла рассмотреть эти процессы до обсуждения проблемы репарации повреждений, вызываемых ионизирующим излучением. Репарацию нередко называют реактивацией. Под термином «репарация» обычно подразумевают молекулярные процессы, элиминирующие повреждения, в то время как реак тивация чаще касается последствий этих процессов, таких,
196
например, какувеличение выживаемости. |
Эта |
терминология, |
||
однако, не всегда строго соблюдается в литературе. |
||||
Ф от о р е а к т и в а ц и я. Фотореактивацией |
называют эли |
|||
минирование |
УФ-повреждений Д Н К |
при |
пострадиационном |
|
«освещении» |
светом с ^,=300—400 нм. |
Подробное описание |
этого процесса в разд. 13.4 покажет, что это ферментативный
процесс, причем |
ответственный |
за него |
фермент |
присутствует |
|
во многих клетках и организмах. Поврежденная |
Д Н К |
должна |
|||
быть связана с |
ферментом во |
время |
реактивации, |
поэтому |
фотореактивация у вирусов наступает только при внутрикле точном освещении. Она осуществляется расщеплением димера тимина, причем репарация протекает успешно как у вирусов с
двухцепочечной |
Д Н К |
|
(см. рис. |
95), |
|
так |
и |
в |
одноцепочечной |
||||
фХ-ДНК |
[52]. |
Хотя |
фермент, |
выделяемый |
из |
дрожжей или |
|||||||
бактерий кишечной' палочки, |
не |
реактивирует |
облученную |
РНК |
|||||||||
(о чем |
свидетельствует |
отсутствие |
реактивации |
РНК-фагов |
|||||||||
Е. coli), |
фотореактивация |
наблюдается |
у |
различных |
РНК- |
||||||||
содержащих растительных вирусов, |
если |
они |
освещаются в |
||||||||||
листьях растений. Не исключено, однако, |
что |
эта реактивация |
|||||||||||
вызывается другим ферментом |
или |
в |
данном |
случае |
имеет |
||||||||
место процесс, |
называемый |
непрямой |
фотореактивацией |
[35]. |
|||||||||
В о с с т а н о в л е н и е |
к л е т к о й |
х о з я и н а . |
Восстановле |
||||||||||
ние клеткой хозяина |
(her) — также |
процесс ферментативный и |
|||||||||||
направляется |
клеткой |
|
хозяина, |
однако |
он |
|
происходит |
без |
|||||
участия |
видимого света. Он |
близок к темновой |
репарации |
бак |
териальной ДНК, которая рассматривается в разд. 13.4. Реак
тивироваться |
могут |
фаги кишечной палочки Я,, T l , ТЗ |
и Т7, а |
также многие |
фаги |
других бактерий. Реактивация |
клеткой |
хозяина отсутствует у автономных фагов Т2, Т4, Т5 и Т6, раз рушающих геном клетки хозяина после заражения. Еще одна нереактивируемая система — одноцепочечная фХ-ДНК, что еще раз доказывает сходство между процессами реактивации клет кой хозяина и темновой репарации у бактерий. Последняя так же возможна только в случае интактности соответствующего комплементарного тяжа. На рис. 94 приводится пример восста новления клеткой хозяина УФ-облученных фагов Т1. Если инактивация фага измеряется путем посева на реактивирующие штаммы Е. coli (K12S или В), то кривые доза — эффект имеют меньший наклон, чем кривые, полученные в опытах с нереактивирующимн штаммами (Е. coli K12S her- или Bs_i). То обстоя тельство, что наклон кривой hcr+ в начальном отрезке больше, чем при высоких дозах, указывает на существование двух раз личных по радиочувствительности популяций. Это можно объяснить тем, что только некоторая часть бактериальных кле ток хозяина находится в подходящем для реактивации метабо
лическом состоянии. Экстраполяция линии her4" от |
высоких доз |
|
до D = 0 (см. рис. 94) показывает, |
что доля ее в |
асинхронной |
бактериальной культуре составляет |
примерно 30%. Если, одна- |
7 Г. Дертингер, X. Юнг |
197 |
ко, синтез ДН К бактериальной клетки затормозить недостатком питательных веществ в среде, то практически все бактерии hcr+ становятся способными восстанавливать фаг клеткой хозяина [36].
То |
обстоятельство, что, несмотря на различные наклоны, |
кривые |
инактивации на рис. 94 практически экспоненциальны, |
|
|
70-* I |
|
1 |
1 |
1 |
|
I— |
|
|
|
|
|
О |
|
120 |
|
|
240 |
|
|
||
|
|
|
|
|
Время |
облучения, |
сек |
|
|
|
|
|
|
Рис. |
94. |
Инактивация УФ-облученного бакте |
|
|
|||||
|
|
риофага |
при |
высеве |
на бактериальные клетки |
|
|
||||
|
|
с различной |
восстановительной |
способностью |
|
|
|||||
|
|
[14]: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
О — Е. coli K I 2 S ; в — Е. coli |
K12S her - : Д |
— Е. coli В; |
|
|
|||||
|
|
А — Е . |
eoli |
B s |
I • |
|
|
|
|
|
|
приводит |
к |
выводу, |
что число |
репарированных |
повреждений |
||||||
пропорционально |
числу |
полученных повреждений. |
Как |
будет |
|||||||
показано |
ниже, |
близкая ответная |
реакция |
наблюдается |
при |
воздействии ионизирующего излучения на мутанты Е. coli, раз личающиеся по радиочувствительности (см. рис. 101). Напро тив, способность бактерий репарировать УФ-повреждения, по-
видимому, не влияет |
на конечный наклон кривой инактивации, |
а проявляется в виде |
четкого плеча на кривой доза — эффект |
(см. рис. 102). Отсюда можно сделать вывод, что для бактерий существует максимальное число репарабильных УФ-поврежде- кий (см. разд. 13.2). Из сказанного, по-видимому, следует, что темновая репарация у бактерий не во всех отношениях совпа дает с восстановлением клеткой хозяина вирусной ДНК, кото рая, возможно, является «упрощенным» вариантом темновой репарации.
Хотя ни фаг срХ174, ни его инфекционная одноцепочечная ДНК. не могут быть реактивированы, двухцепочечная РФ - ДНК [54] и внутриклеточно облученные фаги срХ [37] реактивиру ются клеткой хозяина. Рерш с сотр. [34] показали, что репара ция клеткой хозяина может происходить и in vitro. Они инку бировали УФ-облученную РФ - ДНК фага <рХ174 с бесклеточ-
198
ным экстрактом из Micrococcus lysodeikticus и затем инфи цировали Ьсг"-протопласты Е. coli. При этом наблюдалось увеличение выживаемости по сравнению с необработанной ДНК, хотя и не такое значительное, как в случае заражения прото пластов her-1". Реактивация in vitro, следовательно, несколько менее эффективна, чем в клетках hcr+.
|
|
|
время'облучения, |
сек |
|
|
|
||
Рис. 95. Инактивация УФ-облученных бакте |
|
||||||||
риофагов Т4 |
У (/) и |
Т4 |
(2) в |
темноте |
с по |
|
|||
следующей |
фотореактпвацией |
Т4и |
(3) |
и |
|
||||
Т4 |
{4) |
[14]. |
|
|
|
|
|
|
|
и - Г е н н а я р е а к т и в а ц и я . |
У автономных |
фагов |
кишеч |
||||||
ной палочки не наблюдается |
реактивация |
клеткой |
хозяина, |
хотя известно, что фаг Т4 обладает способностью к фермента тивной репарации, контролируемой геномом фага — о-гениой реактивацией. УФ-чувствительность мутанта фага Т4, несущего
дефектный и-ген |
(Т4У), В два раза выше |
чувствительности ди |
|||||
кого штамма (рис. 95). Из рис. 95 также |
видно, что фотореак |
||||||
тивация |
и у-генная реактивация — процессы |
независимые. Их |
|||||
> действие, |
однако, |
не является |
чистым |
суммированием, |
посколь |
||
ку увеличение выживаемости |
за счет |
фотореактивации |
меньше |
||||
у дикого типа, чем у мутанта |
Т4и. Это, по-видимому, |
объясня |
|||||
ется тем, что у дикого штамма большая часть |
УФ-повреждений, |
||||||
способных быть реактивированными |
путем |
фотореактивации, |
|||||
уже репарирована |
о-генной |
реактивацией. |
Следует отметить, |
что мутант Т4У имеет примерно такую же радиочувствитель ность, что и дикий штамм 12, и что и-ге'н может быть передан фагу Т2 при скрещивании.
х - Г е н н а я р е а к т и в а ц и я . УФ-чувствительность фага Т4 контролируется не только геном v. Мутация гена х, функ ционирующего у дикого штамма, также вызывает увеличение радиочувствительности. Чувствительность Т4х занимает проме
жуточное положение |
между чувствительностью |
дикого штамма |
и чувствительностью |
14v. Действие генов v и х |
на УФ-чувстви- |
7* 199