Меню:

Главная страница

Гены

Нуклеиновые кислоты

Рак

Старость

Хромосомы



Исследование генетического аппарата хлебной плесени

Если допустить, что появление тех или иных признаков организма зависит от синтеза ферментов, что, в свою очередь, контролируется генами, то возникает другой вопрос: как работают гены? К сожалению, даже организм дрозофилы является слишком сложным, чтобы можно было основательно в нем разобраться. В 1941 году американские биологи Джорж Уэлс Бидл и Эдуард Лори Тейтем начали проводить подобное исследование на простом организме, который как нельзя лучше подходил для их целей. Это была обычная хлебная плесень, научное название которой Neurospora crassa.
Neurospora не очень требовательна к питанию. Она достаточно хорошо растет на среде, куда входят только сахар, неорганические вещества, содержащие азот и серу, и различные минералы. Помимо сахара в питательную среду должно входить еще одно органическое соединение — это витамин, название которому биотин.
На определенной стадии своего жизненного цикла плесень образует восемь спор, абсолютно генетически одинаковых. В каждой споре содержится семь хромосом. Как и в половых клетках высших организмов, хромосомы в спорах единичные, не парные. Следовательно, если в какой-либо из хромосом произойдут изменения, они обязательно проявятся визуально, поскольку нет парного гена, который мог бы замаскировать повреждение. Бидл и Тейтем подвергали Neurospora воздействию рентгеновских лучей, чтобы вызвать мутации, после чего наблюдали за проявлением этих мутаций.
Если после получения определенной дозы радиации споры по-прежнему хорошо росли на обычной питательной среде, значит, мутаций не произошло или, по крайней мере, они не отразились на потребностях организма в питательных компонентах. Если после облучения споры не росли на обычной питательной среде, то ученые выясняли, остались споры живыми или они погибли. Для этого их помещали на обогащенную среду, содержащую все витамины, аминокислоты и другие питательные компоненты, которые могли понадобиться спорам. Если споры росли на обогащенной среде, то это означало, что облучение рентгеновскими лучами вызвало мутации, которые изменили потребности Neurospora в питательных компонентах. По крайней мере, споры стали нуждаться хотя бы в одном из компонентов, который отличает обогащенную питательную среду от обычной. Но что это за компонент?
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи стали последовательно выращивать Neurospora на средах, в которых отсутствовал один из компонентов, находящихся в обогащенной среде. Они пробовали исключать по очереди все аминокислоты и все витамины или все аминокислоты, кроме одной или двух, и все витамины, кроме одного или двух. Поступая подобным образом, ученые суживали круг претендентов на роль тех питательных компонентов, которые стали необходимы Neurospora в результате мутации.
Иногда выходило, что вследствие мутации появлялась потребность в аминокислоте аргинине. Обычная культура плесени способна сама синтезировать аргинин из сахара и солей аммония. Следовательно, в результате генетических изменений Neurospora потеряла способность синтезировать аргинин, а без него она не могла синтезировать и белки, необходимые для ее роста.
Самый простой способ объяснить данную ситуацию — это предположить, что рентгеновские лучи повредили ген, ответственный за образование фермента, участвующего в синтезе плесенью аргинина. Лишившись нормального гена, Neurospora утратила способность производить фермент. А нет фермента — нет и аргинина.
Бидл и его коллеги стали искать связь между генами и особенностью метаболизма у плесени, пытаясь выяснить, сколько генов участвует в синтезе аргинина. Как это можно сделать? Предположим, что два гена — А и Б — ответственны за два фермента, необходимых для синтеза аргинина. Следовательно, мутация в одном из них, в А или Б — все равно, лишит плесень способности синтезировать эту аминокислоту. Допустим, что мы облучили две колонии Neurospora, так что каждая из них стала нуждаться в присутствии аргинина в среде. Если нам повезло, то в одной колонии облучение вызвало мутацию гена А, оставив ген Б нормальным, а во второй видоизменился ген Б, тогда как ген А сохранился прежним. Для того чтобы убедиться, что это действительно так, следует скрестить два этих мутанта на стадии размножения плесени. Если две линии Neurospora действительно изменились так, как мы предположили, то при рекомбинации хромосом могут образоваться некоторые споры, у которых гены А и Б будут неизмененными. Другими словами, некоторые потомки двух мутантов, не способных синтезировать аргинин, смогут синтезировать его. И действительно, проделав подобный эксперимент, ученые убедились, что все так и произошло.
Можно исследовать и более тонкие особенности метаболизма у Neurospora. Например, в результате воздействия рентгеновских лучей получились три линии мутантов, не способных синтезировать аргинин при выращивании их на обычной среде. Одна линия росла только тогда, когда в среду добавляли сам аргинин, другая — при добавлении в питательную среду аргинина или похожего на него вещества цитруллина. Третья линия росла на среде, в которую был добавлен или аргинин, или цитруллин, или третье вещество, похожее на аргинин, название которому орнитин.
Какой вывод можно было сделать из этого наблюдения? Скорее всего, эти три вещества — аргинин, цитруллин и орнитин — являются конечными продуктами трех последовательных реакций, результатом которых является образование аргинина. Для осуществления каждой реакции нужен свой фермент. Поскольку, согласно данным химического анализа, в ряду «орнитин—цитруллин—аргинин» наблюдается постепенное усложнение молекулы, то, вероятнее всего, один фермент осуществляет синтез орнитина из какого-то более простого вещества, второй фермент способствует превращению орнитина в цитруллин, а третий ответственен уже за образование аргинина из цитруллина. Если вследствие мутации одна из линий Neurospora потеряла способность синтезировать орнитин, но сохранила два других фермента, необходимых для синтеза аргинина, то для дальнейшего развития этой линии необходимо поместить плесень на среду, содержащую орнитин, из которого затем последовательно синтезируются цитруллин и необходимый для роста колонии аргинин (безусловно, такая колония будет успешно расти и на средах, содержащих цитруллин и сам аргинин). Следуя той же логике, можно заключить, что вторая линия Neurospora потеряла вследствие мутации способность синтезировать фермент, переводящий орнитин в цитруллин, и поэтому для ее роста в среде обязательно должен присутствовать цитруллин или сам аргинин. Ну и наконец, в третьей линии плесени, которая растет исключительно на среде, содержащей аргинин, совершенно очевидно, мутировал ген, ответственный за синтез аргинина из цитруллина.
Анализируя особенности различных линий мутантов, которые были получены вследствие воздействия на Neurospora рентгеновских лучей, Бидл и его сотрудники основали новый раздел генетики — так называемую химическую генетику. Используя свой метод, они установили пути синтеза многих важных соединений в организме. Бидл предложил концепцию «один ген — один фермент», согласно которой один ген в клетке ответственен за образование в ней одного фермента. Эта концепция была принята всеми генетиками. Труд Бидла и Тейтема был высоко оценен — в 1958 году они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

XYY набор хромосом

Аномальные гемоглобины связаны с генетическими мутациями

Галактоземия - следствие мутации генов

Гемофилия - наследственная генетическая болезнь

Генетики переключаются с гороха на мушку-дрозофилу

Генетические законы Менделя

Гены влияют на синтез ферментов

Группы крови

Дальтонизм

Евгеника - улучшение человека

Есть ли польза от мутаций генов

Исследование генетического аппарата хлебной плесени

Исследование мутаций и выведение новых сортов

Кроссинговер хромосом

Мутационное давление в отношении человечества

Наследственные генетические закономерности в передаче группы крови от родителей к детям

Новое открытие генетических законов

Проблема генетического улучшения человека

Серповидноклеточная анемия обусловлена мутацией генов

Фенилкетонурия - наследственное заболевание

Ферментативная недостаточность организма развивается в следствие плохой наследственности

Хромосомные карты и локус гена















Популярная медицинская энциклопедия ©2009 med-000.ru