I. По происхождению

1. Спонтанные — возникающие самопроизвольно, без преднамеренного экспериментального воздействия, под влиянием природных факторов или в результате физиологических изменений в самом организме.

Спонтанные мутациисоставляют естественный (спонтанный) фон, величина которого колеблется в зависимости от типа мутации и вида микробной популяции в пределах 10^-7–10^-10. При высоких скоростях роста частотой мутирования постоянна, и ее обычно определяют для клеток в экспоненциальной фазе роста при оптимальных условиях среды. Спонтанные мутации могут обусловливать благоприятные и неблагоприятные генетические изменения.

Причины спонтанных мутаций:

– ошибки в работе ДНК–полимеразы во время репликации ДНК и неправильного формирования комплементарных пар оснований. Мутации происходят в результате ошибочного включения в синтези­руемую дочернюю цепь вместо одного азотистого основания другого, некомплементарного имеющегося в родительской цепи, напр., вместо аденина, комплементарного тимину, гуанина или цитозина;

– инсертациронные мутации, возникающие при встраивании в нуклеоид внехромосомных факторов наследственности (IS–последовательностей, транспозонов, плазмид). Фенотип мутации зависит от ме­ста их интеграции: если она происходит вблизи промотора, то нару­шается функция регуляторного гена, а вблизи структурного гена — синтез закодированного в нем продукта. При наличии у бактерий генов-мутаторов частота мутаций увеличивается в 100 и более раз;

– ошибки в работе репарирующих ферментов.

2. Индуцированные — возникают под влиянием мутагенов — внешних факторов физической, химической или биологической природы, повреждающих ДНК. Общее число мутагенов в настоящее время измеряется несколь­кими сотнями.

Мутагены (мутагенные факторы) — (лат. mutatio — изменение и греч. genesis — развитие) — химические вещества или физические факторы, вызывающие предмутационные изменения в ДНК или РНК (в случае РНК–виру­сов), которые в результате ошибок в работе репарирующих ферментов или в процессе репарации переходят в мутацию.

Классификация мутагенов по природе:

а) физические(УФ–излучение, g–излучение, температура) — оказывают прямое и опосредованное (окисли­тельные и деструктивные процессы под действием свободных радикалов) повреждающее действие на основания ДНК.

б) химические:

– - ингибиторы предшественников нуклеиновых кислот;

– - аналоги азотистых оснований (5–бромурацил, 2–аминопурин);

– - алкилирующие соединения (гидроксиламин, азотистая кислота);

– - окислители;

– - восстановители;

– - свободные радикалы;

– - акридиновые красители;

– - производные нитрофуранового ряда.

Часть химических мутагенов действует лишь при синтезе ДНК, другие спо­собны вызывать мутации, действуя на покоящуюся ДНК.

в) биологические (вирусы, транспозоны).

Классификация мутагенов по механизму действия:

а) аналоги азотистых оснований Þ замена пар оснований.

Азотистая кислота дезаминирует азотистые основания, в результате чего после нескольких актов редупликации ДНК в ней про­исходит замена пар оснований гуанин–цитозин (ГЦ) на аденин–тимин (AT). Гидроксиламин во внеклеточ­ных вирусах действует только на цитозин, что при­водит к замене ГЦ на AT.

Аналог тимина, 5 – бромурацил, замещает тимин у фагов и бактерий в процессе редупликации их ДНК, что может привести к замене пары AT на ГЦ.

б) акридиновые красители Þ выпадения или вставки оснований.

Этилэтансульфонат и этилметансульфонат вызывают алкилирование гуанина и его отщепление от рибозофосфатного скелета и дру­гие повреждения в ДНК.

в) УФ–излучение, некоторые продукты микробного метаболизма (формальдегид) Þ нарушение работы ДНК–полимеразы Þ образование тиминовых димеров — «сшивок» между соседними молеку­лами тимина.

г) нитрозосоединенияÞ множественный эффект («супермутагены»). Нитрозонитрометилгуанидин и нитрозопроизводные мочевины алкилируют цитозин, вызывая его замену тимином. Они характеризуются чрезвычайно высокой эффективностью при незначительном летальном дей­ствии, извращают синтез предшественников ДНК, дезаминируют некоторые основания.