誘發(fā)細菌變異的方法

誘發(fā)突變是應用人工方法使細菌增殖和復制DNA時(shí)出現“錯誤”，從而育成人類(lèi)需要的細菌變異品系。許多物理和化學(xué)因素可作為細菌的誘變劑，提高細菌的突變率。如下介紹常用的誘變方法及其致突變的機制。

（一）物理方法

包括溫度及各種射線(xiàn)，如紫外線(xiàn)、激光等非電離輻射和Ｘ射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、β射線(xiàn)、快中子等電離輻射。

1. 溫度：溫度誘發(fā)基因突變的機制似乎是專(zhuān)一對GC堿基對的作用。包括使C脫氨基轉換為尿嘧啶（U），在復制中造成GC→AT轉換；以及引起G-脫氧核糖鍵的移動(dòng)，從而在DNA復制過(guò)程中出現包括兩個(gè)G的堿基對，在再一次復制中造成GC→CG顛換。

2. 輻射：輻射的誘變作用一般認為有直接作用和間接作用兩個(gè)方面。前者是指輻射直接作用于染色體，包括引起DNA骨架斷裂所造成的染色體畸變，和使DNA分子上相鄰的T形成二聚體而引起的復制差錯。間接作用是使染色體以外的細胞物質(zhì)發(fā)生變化，再由這些物質(zhì)作用于染色體引起突變；它包括堿基類(lèi)似物的形成及其突變誘發(fā)作用，和電離輻射引起過(guò)氧化氫和游離基的產(chǎn)生以及它們對突變的誘發(fā)。

（二）化學(xué)方法

常用的化學(xué)誘變劑有堿基類(lèi)似物（如5溴脫氧尿苷（U_Br）、5氟脫氧尿苷、2氨基嘌呤、8氮鳥(niǎo)嘌呤）、亞硝酸、羥胺、烷化劑（β丙酸內酯和芥子氣等）、亞硝基胍、吖啶類(lèi)染料（吖啶黃、吖啶橙、原黃素等）、烷化劑和吖啶類(lèi)結合的化合物（名為ICR191，是美國某癌癥研究所的制品）、溴化乙錠等。它們的作用機制復雜而各有差異，總的說(shuō)來(lái)主要有以下幾方面。

1. 取代DNA中的堿基，從而使DNA的某些堿基對發(fā)生置換。例如U_Br是T的結構類(lèi)似物，通常以酮式出現，能代替T與A形成氫鍵而配對；在較少的情況下，也能以烯醇式出現，此烯醇式可與鳥(niǎo)嘌呤（G）形成氫鍵。因此，當它代替T與A配對摻入DNA時(shí)，在以后的DNA復制中就可能引起AT對被GC對置換的突變發(fā)生（圖6-1 a）；當它首先是代替C與G配對參入DNA時(shí)，則在DNA復制中就可能出現GC對被AT對的置換（圖6-1 b）。

圖6-1  5溴尿嘧啶的誘變機制

2. 使堿基發(fā)生化學(xué)變構，從而引起DNA的某些堿基對發(fā)生置換。例如亞硝酸對堿基有氧化脫氨基作用，可以使C成為U與A配對，或A成為次黃嘌呤（H）與C配對，從而引起DNA的某些堿基對發(fā)生置換突變。

3. 插入DNA相鄰的堿基之間，引起移碼突變。在鄰近的兩個(gè)嘌呤堿基之間插入吖啶染料分子，可引起DNA復制時(shí)堿基增添或缺失的錯誤，造成密碼子的移碼，出現基因突變。

4. 引起DNA分子斷裂而誘發(fā)染色體畸變。例如許多烷化劑（氮芥、硫芥、環(huán)氧乙烷等）除能誘發(fā)點(diǎn)突變以外，還能誘發(fā)染色體畸變。其作用機制據認為是使DNA分子上的堿基被烷化以后，能夠被核酸內切酶所斷裂。亞硝酸也是一種很有效的誘發(fā)缺失的誘變劑。

（三）生物學(xué)方法

利用各種生物學(xué)的方法可誘使微生物發(fā)生變異，使細菌發(fā)生毒力等性狀的改變，獲得性能良好的菌株。

1．增強毒力：連續通過(guò)易感動(dòng)物，可使病原菌毒力增強。有的細菌與其他微生物共生，或被溫和噬菌體感染，也可增強毒力。例如產(chǎn)氣莢膜梭菌與八疊球菌共生時(shí)毒力增強；肉毒梭菌當被溫和噬菌體感染時(shí)，方產(chǎn)生毒素。

2．減弱毒力：病原菌毒力自發(fā)減弱的現象，常見(jiàn)于傳染病流行末期所分得的病原菌株。人工減弱病原微生物的毒力通常使用病原菌通過(guò)非易感動(dòng)物、雞胚等方法。如將禽霍亂強毒菌株通過(guò)豚鼠190代后，再經(jīng)雞胚傳40代，育成禽霍亂弱毒菌株。無(wú)論自然變異弱毒株或人工培育的變異弱毒株，均由于DNA上核苷酸堿基順序的改變的結果。

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