Индуцированные мутации. Дрозофила летит в космос

Индуцированные мутации. Дрозофила летит в космос

Получить искусственные мутации, изменить своими руками наследственность — об этом генетики мечтали данно. Но не так-то легко было подобрать ключик! Наследственность всего живого надежно защищена от внешних воздействий. Не будь этого, не могли бы организмы сохранить информацию, накопленную в наследственном аппарате за миллионы лет эволюции. И не мудрено, что долгое время не удавалось найти пути изменения хромосом и генов.

Впервые это удалось в 1925 году советским ученым Г. А. Надсону и Г. С. Филиппову. Они работали на дрожжах. У дрожжевых грибков есть четко выраженная и передающаяся по наследству форма так называемых гигантских колоний. Чем-то эти колонии, состоящие из множества клеток, напоминают цветы. Эти колонии обнаруживают поразительное постоянство. И немало перепробовали Надсон п Филиппов способов воздействий, прежде чем наткнулись на лучи радия. Оказалось, что чудодейственные лучи, проникая в живое, вызывают изменения в хромосомах, а эти изменения, в свою очередь, сказываются на свойствах дрожжей, в том числе на форме и размерах гигантских колоний.

Форма и величина колоний — самые показательные признаки, видные на глаз, но изменения затрагивали и другие свойства, например способность сбраживать сахарозу.

Статья Надсона и Филиппова была первой ласточкой. Вслед за ней появилось множество других работ, которые привели к созданию специальной отрасли науки — радиогенетики.

Было выяснено, что не только лучи радия, но и любые другие источники ионизирующей, проникающей радиации ведут к образованию мутаций. Это, прежде всего, рентген, с которым в дальнейшем больше всего работали; это гамма-лучи различных источников, в частности от радиоактивного кобальта; это нейтроны, протоны и даже ультрафиолетовые лучи солнечного спектра. Вызывают мутации и космические лучи.

Когда имеешь дело с тем или иным фактором, очень важно точно измерить силу его воздействия. Именно поэтому целую революцию в генетике произвела работа Г. Меллера, проведенная в 1927 году в Америке.

Этот ученый нашел способ точного количественного учета мутаций.

Муха с глазами — «Бар».

Первоначально работа велась на дрозофиле — любимом объекте генетиков, а затем на микробах, растениях, животных различных классов. Однако дрозофила до сих пор служит превосходной моделью. В частности, когда нужно исследовать новую космическую трассу, на нее посылают дрозофилу и но уровню ее мутабильности, то есть по количеству возникших у нее мутаций, судят о повреждающем действии космических лучей.

Разработанный Меллером метод называется CLB (си-эль-би).

CLB — Х-хромосома дрозофилы, специально сконструированная Меллером. C («си») — запиратель кроссинговера; эта хромосома не обменивается участками со своими партнерами. L — деталь, рецессивный летальный ген, не меняющий жизнеспособность мух в гетерозиготном состоянии, однако приводящий гомозигот к летальному — смертельному — исходу. Следовательно, не может быть самца с хромосомой CLB, не может быть и самки, гомозиготной по CLB-хромосомам. Почему в опыте мы не обнаружим гомозиготных по CLB самок, понятно из сказанного. А самцов мы не обнаружим потому, что Y-хромосома дрозофилы лишена доминантных генов, подавляющих рецессивы в Х-хромосоме. И, наконец, B («бар») — доминантный ген, вызывающий сужение глаз у мух. «Бар»-мухи имеют глаза в виде щелок. Этот ген в CLB-хромосоме просто необходим: он служит маркером. Это метка, клеймо, по которому исследователь отличает в опыте гетерозиготных по CLB самок.

Метод хорош тем, что позволяет изучить мутабильность Х-хромосомы самцов любой линии. Предположим, что нам с вами предложили изучить мутабильность, возникшую во время полета какой-то ракеты. Как мы будем работать?

Начнем с того, что размножим выбранную для этого линию и отсадим, ну скажем, двести самцов. Рассадив их попросторнее, штук по двадцать в пробирку, мы половину пробирок оставим на земле (это будет контроль), другую половину отправим в космос. К тому времени как мухи вернутся, нам следует отсадить штук 400—500 девственных самок СЬВ. Делается это так: из культуры, где только началось вылупление, выбрасывают всех мух до единой (вытряхивают в керосин). Часов через шесть в пробирках вылупится уже много новых мух, и все самки в это время будут еще девственными, виргннными, как говорят генетики. В культуре будут по фенотипу В («бар») и не В-самки. Нас интересуют только лишь B, то есть CLB-самки, и мы легко их отличим по щелевидным глазам. Пусть они посидят в отдельных пробирках, подождут, пока вернутся на землю дрозофилы-космонавты. А когда те вернутся, мы начнем изучать мутабильность. Обозначим Х-хромосому, побывавшую в космосе через X_K, а CLB-хромосому через X_CLB. Тогда наше скрещиванпе будет выглядеть так:

В первом поколении нас будут интересовать только самки. Их окажется два типа: ХX_K и X_CLBX_K. Первые самки нам не нужны, у них будет идти кроссинговер, а это значит, что часть наследственных изменений мы обязательно прозеваем. Поэтому обратим свое внимание только на CLB-самок. Их нужно рассадить по одной, причем с любыми самцами. Каждая из CLB-самок будет представлять собой одну, подвергшуюся воздействию хромосому, потому что произошла она от одного побывавшего в космосе спермия. Чем больше мы поставим по втором поколении скрещиваний, тем большей будет точность нашего опыта. Триста скрещиваний уже дадут некоторое представление о мутабильности, 500 позволят судить о ней строже, а 1000 — это уже хорошо. Поставим-ка мы, читатель, тысячи полторы-две скрещиваний. В данном случае перестраховаться ох как не вредно: ведь по новой трассе полетит человек!

Одновременно с опытом все то же самое проделаем и в контроле. Наш контроль ничем не должен отличаться от опыта, кроме того, что исходные самцы тут не летали в космос. Нужно помнить: принцип равноправия контроля и опыта нерушим!

Во втором поколении, в отличие от первого, мы будем смотреть только самцов. Выше я писал, что CLB-самцов не бывает, они гибнут на ранних стадиях, и в опыто мы их не обнаружим. Поэтому неизбежно окажутся такие пробирки, где не будет вовсе ни одного самца.

Следовательно, условия космического полета в данном случае оказали на хромосому повреждающее действие, вызвали у нее возникновение рецессивного летального гена!

Именно по этому показателю— по числу возникших рецессивных летальных генов — принято судить о мута-бильностн. Предположим, на две тысячи культур у нас возникло 24 летальных гена. Это составит 1,2% летальных мутаций. А в контроле возникло всего две летали (0,1%). Вычтем из 1,2% мутабельность в контроле. Получим 1,1% леталей, возникших за счет воздействия космических лучей. «Многовато! — скажем мы конструкторам корабля. — Обеспечьте более надежную защиту». И конструкторы наши данные, несомненно, учтут. Иначе и быть не может: исследователи космоса с генетиками всегда были дружны.

Но вернемся к Меллеру. В 1927 году о полетах в космос помышляли разве что писатели-фантасты, и Меллер — автор метода CLB — изучал иные факторы.

Меллер воздействовал на мух рентгеном. Уже первые опыты показали, что увеличение дозы воздействия увеличивает число возникающих мутаций. Меллер был первым, кто на основе строгих опытов смог вычертить дозовую кривую — график, показывающий зависимость возрастания числа мутаций от дозы облучения в рентгенах. Уже тогда было ясно, что генетические повреждения пропорциональны дозе. Позднее это подтвердилось, однако выяснилось: зависимость здесь сложная.

Она различна для разных типов мутаций. Так число генных изменений (иначе их называют точковыми мутациями) примерно прямо пропорционально дозе. Кривая начинается от нуля и плавно нарастает до больших доз. Очень важно, что начинается она с пуля: значит, нет таких малых доз, которые были бы безвредны для хромосомного аппарата. И в самом деле: чтобы поразить точку, достаточно одной лучевой частицы. Иная зависимость для сложных хромосомных перестроек. Здесь разрывы должны произойти, как минимум, в двух точках, п по теоретическим ожиданиям результат должен быть пропорционален не просто дозе воздействия, а квадрату дозы. Для ряда объектов получен именно такой результат.

Лучистая энергия даст широкий спектр изменений. Тут и летальные и полулетальные мутации и видимые мутации — такие, которые можно обнаружить на глаз. Можно при помощи лучей получать и хозяйственно важные мутации. Сейчас уже есть так называемые радиационные сорта растений, множество хозяйственно важных штаммов микроорганизмов.