موتاسیون در باکتری‌ها
(قسمت اول)
دکتر رضا میرنژاد (دانشیار دانشگاه)، وهاب پیرانفر (مؤسسه دانش‌گستر فرنام)
عموماً موتاسیون یا جهش اتفاق نادري است که ممکن است در اثر اضافه شدن موادي كه بطور مستقیم ژنوم باكتري را تغيير مي‌دهند، رخ دهد و سبب تغییرات فنوتیپی و ژنوتیپی مختلفی گردد. هم‌چنین امروزه مطالعات نشان می‌دهد که تغییرات ژنتیکی در ژنوم باکتری‌ها باعث شده که این عوامل قدرت ایجاد بیماری بیشتری داشته و به اغلب آنتی‌بیوتیک‌ها پاسخ ندهند. در این گفتار ابتدا به انواع جهش‌ها و عوامل ایجادکننده آنها و در نهایت اثرات این جهش‌ها اشاره کوتاهی می‌گردد.
انواع جهش‌ها
با وجود دقت در همانندسازی DNA و مكانيسم‌هاي اصلاح، باز در حین همانندسازی اشتباهاتی رخ می‌دهد که اگر این اشتباهات باقي بمانند، جهش ناميده مي‌شوند. جهش به معنای تغيير در سكانس بازهاست. حداقل 4 نوع جهش ممکن است در ژنوم ارگانیسم‌ها رخ دهد: حذف[1]، اضافه شدن[2]، جابجا شدن[3] و معکوس شدن[4].
همانطورکه در شکل 1 مشاهده می‌شود، حذف موقعي رخ مي‌دهد كه يك جفت باز يا بيشتر حذف شوند. اضافه شدن هنگامي رخ می‌دهد كه يك جفت باز يا بيشتر اضافه شوند. از آنجايي كه هر كدون ترجمه شامل سه باز می‌باشد (كدون سه‌تائی)، اگر تعداد بازهايي كه حذف يا اضافه مي‌شوند ضريبي از سه نباشند، در قالب‌های خواندن، يك شيفت حاصل مي‌شود كه به آن تغییر قالب[5] می‌گویند. وقتي تغییر در قالب خواندن رخ مي‌دهد، سنتز پروتئين در پایین‌دست آن كاملاً دچار تغيير می‌شود. يك نتيجة معمول در تغییر قالب خواندن اين است كه سريعاً بعد از محل جهش کدون بی‌معنی[6] حاصل شده و سنتز پروتئين با تولید پروتئين کوتاه يا ناقص، سريع خاتمه می‌یابد (شکل 2).
جهش از نوع جابجایی هنگامي به وجود مي‌آيد كه باز پورينی با باز پورينی ديگر تعويض شود (مثلاً A با G عوض گردد)، درحالی‌که در جهش از نوع معکوس شدن، عوض شدن باز پورينی با يك باز پريميدين رخ می‌دهد (مثلاً A با C عوض شود). در اين حالت‌ها، اگر تعويض سبب وارد شدن اسیدآمینه جديدي در زنجیره پروتئین گردد، جهش اشتباهی[7] رخ می‌دهد (شکل 2).
شكل 1 : انواع جهش‌هاي حذفي، الحاقی، جابجا شدن و معکوس شدن حذف يا الحاق باز سبب تغيير قالب خواندن DNA می‌گردد. اگر 3 باز حذف يا الحاق شوند، تغيير قالب صورت نمي‌گيرد.
شکل 2: انواع جهش‌هاي نقطه‌ای
عوامل ایجاد جهش
عموماً جهش اتفاق نادري است، ولی ممکن است در اثر اضافه شدن موادي كه بطورمستقیم DNA باكتري را تغيير مي‌دهند، رخ دهد. اشعة ماورا بنفش مي‌تواند به‌صورت يك عامل جهش‌زای فیزیکی[8] با ايجاد دايمرهاي پريميدين عمل كرده و اغلب براي ايجاد جهش در سوسپانسيون‌هاي با حجم کم باکتری‌ها استفاده مي‌شود (شکل 3). وقتي لازم است که جهش در ميزان بيشتري از باكتري‌‌ها انجام شود، از موتانزاهای شیمیائی[9] استفاده می‌گردد. این موتانزاها به سه دسته عمده تقسيم مي‌شوند:
تعدیل‌کننده‌های کوالانتی[10]. معمولاً این عوامل يك باز DNA را آلكیله يا دآمينه مي‌كنند، مثلاً عامل آلكيله كننده (مثل نيتروز گوانيدين)، O6 گوانین را آلكيله كرده و باعث جفت شدن اشتباهی آن با تیمین می‌گردد. بنابراين يك GC تبديل به AT مي‌شود. اسيد نيترو، C را به U تغییر داده و CG را به TA تبديل مي‌كند.
آكریدين اورنج و اتيديوم برومايد از عواملIntercalating می‌باشند. اين مواد كه رنگ‌هاي فلورسانت هستند، بين بازهاي DNA سوپركويل جا مي‌خورند. با اين جا خوردن، ردیف بازها تغيير کرده و باز اشتباه خوانده مي‌شود. رنگ جاخورده مي‌تواند قالب خواندن كروموزوم را نیز تغییر داده و سبب جهش قالب خواندن شود (شکل 4).
بعضي از داروهاي ضدويروسي از دسته آنالوگ بازها می‌باشند كه در DNA ويروسي وارد شده و سبب جهش اشتباهی مي‌گردند. بازهای مشابهی هم هستند كه براي سنتز DNA باکتری‌ها استفاده مي‌شوند؛ مثلاً 5-برومواوراسیل، در فرم كتوني با آدنوزین جفت مي‌شود و در فرم انولي خود با گوانوزین جفت مي‌گردد.
شکل 3: نحوه ایجاد جهش (دایمرهای تیمین) توسط اشعه UV
شکل 4: نحوه ایجاد جهش توسط عوامل Intercalating
بيان و اثرات جهش
در اثر جهش هر كدام از حالت‌هاي زير ممكن است پيش بيايد:
اول، به خاطر خاصيت لغزندگي[11] كدهاي ژنتيكي (يك اسیدآمینه بيش از يك كدون دارد)، ممكن است در كل پروتئين تغييري حاصل نشود. اگر به دليل جهش، اسیدآمینه جديد اضافه شده تأثیری روی فولدینگ یا عملکرد پروتئین نداشته باشد (هیچ اثری نداشته باشد) به آن جهش خاموش[12] می‌گویند.
دوم، ممکن است جهش، ساختمان دوم يا سوم پروتئين را طوری تغییر دهد که پروتئين، پاسخ‌های متفاوتي به تغييرات محيطي نشان بدهد، براي مثال پروتئين ممكن است به تغييرات دما حساس‌تر شده و به حرارت حساس گردد. تغييري مثل افزايش حساسيت به دما مي‌تواند براي باكتري تحت شرایط خاصی كشنده باشد، بنابراين این نوع جهش را، جهش کشنده شرطی[13] می‌گویند.
سوم، اگر جهش در مجاورت يك محل فعال يا كنترل آلوستريك روي دهد، ممكن است پروتئين فعاليت يا پاسخ تنظيمي خاص خود را تغيير دهد. اگر این پروتئین يك آنزيم باشد، مي‌تواند ضمن غيرفعال شدن، ديگر تحت كنترل آلوستريك فيدبك قرار نگیرد. در بعضي موارد، جهش ممكن است با غيرفعال کردن يك مهارکننده يا تغيير سايتی در اپرون كه هدف مهارکننده‌ها بوده است، سنتز آنزيم ساختماني را سبب شود.
چهارم، اگر جهش سبب تغييري در پروتئين شود (در اثر جابجا شدن يا معکوس شدن) احتمالاً هنوز آنتی‌بادی كه علیه پروتئين اصلی ساخته شده، قادر به تشخيص پروتئين تغييريافته هست. پروتئين تغييريافته ممكن است غيرفعال باشد، اما اگر به اندازة كافي از نظر فولدینگ و ساير خصوصيات شبيه پروتئين اصلي باشد، مي‌تواند با آنتی‌بادی ضدپروتئين اصلي واكنش بدهد و باكتري ممكن است مقادیر طبيعي از مواد واکنش‌دهنده متقاطع توليد نماید. در اين مورد، جهش‌ها توسط روش‌هاي ايمونولوژی قابل‌ردیابی نيستند، اما مي‌توان آن را با روشي كه فعاليت محصولات را ارزيابي مي‌كند، جستجو کرد.
پنجم، ممكن است يك جهش نقطه‌اي بر بيان بيش از چند پروتئين تأثير بگذارد. چون عمل نسخه‌برداري و ترجمه RNA همزمان است و نسخه‌برداري باکتری‌ها سبب ايجاد پيام‌هاي پلي‌سيتروني مي‌شود، اين پديده را جهش پلئوتروپیک[14] می‌گویند. وقتي يك پيام توقف زودهنگام با جهش ايجاد مي‌شود، RNA پلی‌مراز وابسته به DNA بر روي پیام توقف، در طي نسخه‌برداري متوقف می‌گردد. این توقف سبب جدا شدن ريبوزوم و توقف سنتز پروتئين مربوطه مي‌شود. حال، پروتئين rho مي‌تواند به هر خاتمه‌دهندة وابسته به rho برروي پایین‌دست پیام توقف mRNA متصل شده و نسخه‌برداري و ترجمه را با هم خاتمه دهد.
سرکوب جهش
تمام جهش‌ها بيان نمي‌شوند. برخی از جهش‌ها به‌وسیله جهش‌های ثانويه كه اسیدهای آمينه اصلي را به‌جای خودشان برمي‌گرداند، سرکوب مي‌شوند. بعضي‌ها توسط مكانيسمي به نام جهش سرکوبگر[15] كه به سه صورت انجام می‌گیرد، مهار می‌شوند: سرکوب اشتباهی[16]، وقتي روي مي‌دهد كه شكل فعال پروتئين با جايگزيني دومين اسیدآمینه به حال اول برگردد. سرکوب تغییر قالب[17]، شامل رويداد يك جهش تغییر قالب جبراني مي‌باشد. سرکوب بی‌معنی[18] وقتي روي مي‌دهد كه يك جهش در آنتي‌كدون RNA ناقل (tRNA) سبب شود كه کدون بی‌معنی به‌صورت کدون بامعنی خوانده شود. اين نوع مهار تنها وقتي چند كپي از ژن tRNA وجود دارد، رخ می‌دهد. در غير اين صورت کدون بامعنی تحت تأثير اسیدآمینه به‌عنوان کدون بی‌معنی خوانده مي‌شود.
[1] -Deletion
[2] -Insertion
[3] -Transition
[4] -Transvertion
[5] -Frameshift mutation
[6] -Nonsense codon
[7] -Missense
[8] -Physical mutagen
[9] -Chemical mutagen
[10] -Covalent modifiers
[11] -Wobble
[12] -Silent mutation
[13] -Conditionally lethal mutation
[14] -Pleiotropic mutation
[15] -Suppresseor mutation
[16] -Missense suppression
[17] -Frameshift suppression
[18] -Nonsense suppression
برای دانلود پی دی اف بر روی لینک زیر کلیک کنید
ورود / ثبت نام