Cтраница 2
Совсем иная ситуация возникает при изучении биохимической генетики микроорганизмов. Здесь мы имеем дело не со сложными малоопределенными морфологическими признаками, а с определенными ферментами, синтез которых управляется цистронами. Повреждение цистрона может вызвать остановку синтеза фермента, и организм становится ауксотрофом по соответствующему метаболиту. Отношения здесь очень ясные и прямые. [16]
Он показал, что если популяцию, содержащую прототрофные и ауксотрофные бактерии и растущую на минимальной среде, обработать пенициллином, то выживают только ауксотрофы, поскольку пенициллин убивает лишь растущие клетки. Последующее перенесение клеток на минимальную среду, в которую добавлен соответствующий фактор роста, завершает отбор ауксотрофов. [17]
Получить ауксотрофные мутанты, способные накапливать конечные продукты неразветвленных цепей биосинтеза, например L-аргинин, невозможно. В таких случаях приходится отбирать мутанты с частично нарушенной регуляцией биосинтеза, что позволяет получить повышенный выход конечного продукта. Такие мутанты известны под названием регуляторных; их отбирают по устойчивости к аналогам аминокислот или же средин ревертантов ауксотрофов. В основе использования аналогов-аминокислот лежит их сходство с природными аминокислотами. Они ингибируют рост бактерий, но этот эффект может быть уменьшен путем добавления соответствующей природной аминокислоты. Таким образом, аналоги выступают в роли искусственных, работающих по принципу обратной связи, ингибиторов-ферментов, обеспечивающих биосинтез природных аминокислот. Появление мутантов, устойчивых к этим ложным ингибиторам, означает, что регуляторные ферменты соответствующего пут № обмена становятся у них нечувствительными к аналогу. Так, серусодержащий аналог лизина 5 - ( 2-аминоэтил) - Ь - цистеин является у Brevibacterium flauum ложным, действующим по принципу обратной связи ингибитором аспартокиназы. Устойчивые к его действию мутанты вырабатывают фермент, который в 150 раз менее чувствителен к ингибированию по механизму обратной связи, чем фермент исходного штамма, и в результате продуцируют до 33 г / л лизина. [18]
Некоторые производные ферриоксаминов проявляют антибиотическую активность и обозначаются как ферримицины. Нет никакой структурной связи между этими антибиотиками и альбомицином, за исключением того, что в обоих случаях токсическим началом является выделяющийся позднее сложный агент, действующий как переносчик железа. Таким образом, если замещенный урацил отщепить от альбомицина, это соединение будет действовать как фактор роста для сидерохромных ауксотрофов. [19]
Важное преимущество грибов с точки зрения их использования для генетических исследований состоит в том, что, подобно прокариотам, они на протяжении большей части жизненного цикла сохраняют гаплоидный набор хромосом. Это позволяет легко выявить биохимические дефекты, связанные, в частности, с нарушением синтеза определенных, необходимых для их существования соединений. В то же время грибы можно скрещивать и определять частоту кроссинговеров, используя эти данные для составления генетических карт. Именно поэтому изучение ауксотрофов нейроспоры, начатое в 1940 г. Бидлом и Татумом, обычно считают началом биохимической генетики. Явление рекомбинации у бактерий было открыто Ледербергом несколькими годами позже. [20]
Как мы видели, многие виды бактерий способны синтезировать все свои клеточные компоненты при культивировании на среде из минеральных солей, содержащей ионы аммония в качестве источника азота и простое органическое соединение в качестве источника углерода и энергии. Однако многие бактерии - как и высшие животные - должны получать с пищей витамины. Для некоторых бактерий потребность в витаминах носит довольно сложный характер, для других же достаточно добавления какого-то одного витамина. Так, Proteus vulgaris может развиваться на простой синтетической среде, содержащей никотиновую кислоту. С помощью этих бактерий ( природных ауксотрофов) были открыты, выделены и изучены некоторые витамины, в частности витамины группы В, являющиеся частью молекул коферментов. Эти работы не только показали, что некоторые витамины выполняют функцию коферментов, но и способствовали выяснению химической структуры самих витаминов. [21]
Анализ большого числа ауксотрофных мутантов, различающихся по потребностям в индивидуальных факторах роста, позволяет не только изучать метаболизм, но и судить о генотипе данного организма. Допустим, что мы выделили мутант ( назовем его z), для роста которого на минимальной среде необходим один-единственный фактор роста - соединение Z. В большинстве случаев удается найти второй мутант, у, для роста которого на минимальной среде необходимо или соединение Z, или соединение Y. Иногда можно выделить третий мутант, х, который также является ауксо-трофом по веществу Z, но способен расти не только в присутствии Z, но также в присутствии X или Y. Пусть, далее, мы получили мутант w - четвертый ауксотроф по Z, который может расти в присутствии любого из четырех соединений - W, X, Y или Z. Допустим, что вещество W - хорошо известный промежуточный продукт обмена. [22]
Таким образом, на этом уровне транскрипция, безусловно, может лимитировать трансляцию. Неясно, однако, можем ли мы считать, что в дальнейшем эти два процесса протекают независимо как во времени, так и в пространстве. Недавние эксперименты, проведенные на различных бактериальных системах, показывают, что транскрипция и трансляция - тесно связанные процессы. Одной интересной особенностью синтеза РНК у бактерий является зависимость этого синтеза ( у так называемых жестко контролируемых штаммов) от присутствия в среде полного набора всех аминокислот. Если отсутствует хотя бы одна аминокислота, необходимая для роста данного ауксотрофа, то синтеза РНК не происходит. Такой жесткий контроль определяется наличием особого гена ( RCst), место которого на генетической карте можно определить с помощью обычных методов. Мутации в этом гене ( RCrel) приводят к появлению штаммов, у которых уже не наблюдается столь четкой зависимости между содержанием аминокислот в среде и синтезом РНК. [23]
Использование предшественников при производстве аминокислот позволяет успешно обходить метаболический контроль, осуществляющийся по механизму обратной связи и репрессии. Рассмотрим процесс синтеза L-лейцина из L-треонина через - кетобутират. Первый фермент в этом пути биосинтеза, гидра-ггаза, у Serratia marcescens ингнбируется L-изолейцином по механизму обратной связи. Предшественники, превращаемые в ходе обмена в кетобутират ( например, а-амино -, а-бром - и а-гидроксибутират); точно так же при участии гидроксиметилтрансферазы и в присутствии достаточного количества метилентетрагидрофолата из предшественников глицина можно получать L-серин. В качестве поставщиков С-1 могут выступать глицин, формальдегид, формиат, саркозин, холин или метионин. При наличии в среде глицина, глюкозы и метанола метиониновый ауксотроф Artrobacter glo - biformis образует до 5 2 г / л L-серина. Для такой конверсии, а также для образования L-глутамата, L-метионина и ароматических аминокислот могут использоваться и другие штаммы растущих на метаноле бактерий. [24]