298

gdy nasza wiedza na temat genetyki, biochemii i fizjologii drobnoustrojów była bardzo ograniczona. Pomimo to, klasyczne metody ulepszania drobnoustrojów istotnie przyczyniły się do rozwoju współczesnej biotechnologii. Obecnie, w dobie szczególnego zainteresowania metodami inżynierii genetycznej, metody klasycznej inżynierii komórkowej pozostają nadal dobrym narzędziem doskonalenia przemysłowych szczepów mikroorganizmów.

1.1.1. Mutacje

Mutacja jest definiowana jako nagle pojawienie się komórki zmienionej, zdolnej do przekazywania nowych cech swemu potomstwu. Pojawiająca się w populacji forma o zmienionym genotypie nosi nazwę mutanta, powstanie mutanta nazywamy mutacją, a proces prowadzący do jego powstania - mutagenezą. W wyniku mutacji powstają np. mutanty oporne na niektóre antybiotyki lub trucizny bądź mutanty, które utraciły aktywność jakiegoś enzymu, co przejawia się brakiem zdolności metabolizowania określonych związków chemicznych. Przyczyną obserwowanych zmian fenotypowych jest modyfikacja genotypu w pierwszorzędowej strukturze DNA.

W warunkach naturalnych powstaje zwykle pewna liczba mutacji nie mających określonej zewnętrznej przyczyny, niezależnie od obecności czynnika swoistego (np. mutanty oporne na określony antybiotyk pojawiają się niezależnie od obecności tego antybiotyku w środowisku). Nazywamy je mutacjami spontanicznymi. Mutacje spontaniczne zachodzą z częstością od 10"⁴ do 10"", zależnie od stanu fizjologicznego organizmu i warunków środowiska. Częstość mutacji można zwiększyć działając na komórki czynnikami mutagennymi (czynnikami indukującymi mutację), wywołując mutacje indukowane. Istnieją trzy typy mutacji: mutacje punktowe, delecje i insercje prowadzące do przesunięcia ramki odczytu (ang. frame shift). Mutacje punktowe polegają na zamianie pojedynczych zasad w cząsteczce DNA. Zastąpienie jednej puryny (np. adeniny) inną puryną (np. guaniną) lub jednej pirymidyny (np. tyminy) inną pirymidyną (np. cytozyną) nazywamy tranzycją. Zamianę puryny w pirymidynę lub odwrotnie określamy mianem transwersji. Mutacja punktowa w DNA wyraża się syntezą polipeptydu zawierającego zmieniony aminokwas lub przedwczesnym zakończeniem translacji, co prowadzi do wytworzenia niekompletnego białka. Mutacje punktowe są odwracalne. Terminem delecji określa się utratę jednej lub większej liczby zasad w DNA. Insercje prowadzą do wstawienia jednej lub większej liczby zasad w jeden lub więcej genów, czego wynikiem jest ich inaktywacja. Delecje i insercje, zmieniające właściwą ramkę odczytu, powodują wytworzenie białka niefunkcjonalnego lub o obniżonej aktywności.

Czynniki mutagenne

Czynniki mutagenne, chemiczne lub fizyczne, mogą działać na organizmy żywe bójczo lub mutagennie. Najczęściej stosowanymi mutagenami są analogi zasad, związki alkilujące, kwas azotowy (III), hydroksyloamina, barwniki akrydynowe oraz promieniowanie ultrafioletowe i jonizujące (tab. Y-l.l)