img044 2

Mutacje spontaniczne

Uwaga biotechnologa koncentruje się głównie na mutagenezie indukowanej czynnikami zewnętrznymi, ale w organizmach żywych zachodzą również mutacje spontaniczne.

Spontaniczna zmienność mutacyjna drobnoustrojów, obejmująca również rewersję ważnych biotechnologicznie cech szczepów produkcyjnych, zmusza do ciągłej reselekcji wariantów najbardziej przydatnych.

Poważnym problemem są spontaniczne mutacje prowadzące do utraty przez szczepy produkcyjne cech ważnych biotechnologicznie.

Mutacje: punktowe (dotyczą pojedynczych nukleotydów i genomowe (dotycząwiększej liczby nukleotydów).

Mutageneza

Mutaoeneza indukowana - proces powstawania mutacji na skutek działania zewnętrznych czynników fizycznych lub chemicznych Powstałe komórki mutantów różnią się genotypowo i fenotypowo od komórek szczepu macierzystego oraz wzajemnie od siebie

Dawka czynnika mutagennego - zbyt duża dawka prowadzić może do śmierci wszystkich komórek szczepu macierzystego poddanych jego działaniu; duże dawki prowadzą do uszkodzenia DNA w wielu miejscach genomu (mutacje pożądane mogą być maskowane przez mutacje niekorzystne)

Wielkość dawki czynnika mutagennego zależy od:

■    właściwości szczepu poddawanego mutagenezie • warunków hodowli

■    wieku hodowli

Czynniki mutagenne

Mutageny chemiczne: kwas azotawy, iperyt gazowy, analogi zasad azotowych, związki alkilujące (etylenoimina, metanosulfonian metylu, metanosulfonian etylu, dimetylonitrozoamina, MNNG), barwniki akrydynowe

Mutageny fizyczne: promieniowanie UV, X, gamma, prędkie neutrony

Czynniki te zwiększają częstotliwość powstawania mutacji od kilku do kilkudziesięciu tysięcy razy.

Różne mutageny wywołują odmienne rodzaje mutacji.

Ważną kwestię stanowią dawki mutagenu.

Drogi zwiększania wydajności (produkcyjności) wybranego mikroorganizmu:

•    optymalizacja składu pożywki

•    optymalizacja warunków hodowli

■ wywoływanie mutacji i manipulacje genetyczne, selekcja mutantów

Czynniki chemiczne i fizyczne wykorzystywane w doskonaleniu mikroorganizmów na drodze mutagenezy

Czynnik mutagenny	Sposób działania
Promieniowanie UV	powstanie dimerów pirymidynowych
Promieniowanie X	pęknięcia jedno- i dwuniciowego DNA
5-bromouracyl	analog tyminy, tworzy pary z adeniną i guaniną
2-aminopuryna	analog adeniny, tworzy pary z tyminą i cytozyną
Hydroksyloamina	hydroksylacja cytozyny, pochodna tworzy pary z adeniną
N-metylo-N'-nitro-N- nitrozoguanidyna	synteza metyloguaniny podczas replikacji, powoduje tranzycje i inne typy mutacji
Metanosulfonian metylowy Metanosulfonian etylowy	alkilacja puryn i pirymidyn
Oranż akrydyny	interkalacja pomiędzy zasady w DNA, powoduje błędy replikacji i mutacje typu insercja lub delecja
Kwas azotowy (III)	deaminacja adeniny, hipoksantyna tworzy pary z cytozyną deaminacja guaniny, ksantyna tworzy pary z cytozyną deaminacja cytozyny, uracyl tworzy pary z adeniną

Kwas azotawy

Efekt letalny działania kwasu azotawego na M icromonospora inyoensis

Metaboliczne warunki mutagenezy

Efektywność procesu mutagenizacji zależy nie tylko od rodzaju użytego czynnika, lecz również od tego, z jakiej fazy hodowli pochodzą komórki.

Formą materiału biologicznego najbardziej dogodną do przeprowadzenia mutagenizacji są pojedyncze, jednojądrowe komórki haploidalne.

Na wynik mutagenizacji wpływają warunki hodowli drobnoustroju przed poddaniem komórek temu zabiegowi oraz od składu środowiska w trakcie jego trwania.

Ważną kwestię stanowią dawki mutagenu. Duże dawki mutagenów powodują powstawanie wielu uszkodzeń równocześnie w różnych miejscach genomu. Zwiększa się w tych warunkach prawdopodobieństwo wystąpienia mutacji niekorzystnych, maskujących ewentualne mutacje pożądane.