诱发细菌变异的方法

诱发突变是应用人工方法使细菌增殖和复制DNA时出现“错误”，从而育成人类需要的细菌变异品系。许多物理和化学因素可作为细菌的诱变剂，提高细菌的突变率。如下介绍常用的诱变方法及其致突变的机制。

（一）物理方法

包括温度及各种射线，如紫外线、激光等非电离辐射和Ｘ射线、γ射线、β射线、快中子等电离辐射。

1. 温度：温度诱发基因突变的机制似乎是专一对GC碱基对的作用。包括使C脱氨基转换为尿嘧啶（U），在复制中造成GC→AT转换；以及引起G-脱氧核糖键的移动，从而在DNA复制过程中出现包括两个G的碱基对，在再一次复制中造成GC→CG颠换。

2. 辐射：辐射的诱变作用一般认为有直接作用和间接作用两个方面。前者是指辐射直接作用于染色体，包括引起DNA骨架断裂所造成的染色体畸变，和使DNA分子上相邻的T形成二聚体而引起的复制差错。间接作用是使染色体以外的细胞物质发生变化，再由这些物质作用于染色体引起突变；它包括碱基类似物的形成及其突变诱发作用，和电离辐射引起过氧化氢和游离基的产生以及它们对突变的诱发。

（二）化学方法

常用的化学诱变剂有碱基类似物（如5溴脱氧尿苷（U_Br）、5氟脱氧尿苷、2氨基嘌呤、8氮鸟嘌呤）、亚硝酸、羟胺、烷化剂（β丙酸内酯和芥子气等）、亚硝基胍、吖啶类染料（吖啶黄、吖啶橙、原黄素等）、烷化剂和吖啶类结合的化合物（名为ICR191，是美国某癌症研究所的制品）、溴化乙锭等。它们的作用机制复杂而各有差异，总的说来主要有以下几方面。

1. 取代DNA中的碱基，从而使DNA的某些碱基对发生置换。例如U_Br是T的结构类似物，通常以酮式出现，能代替T与A形成氢键而配对；在较少的情况下，也能以烯醇式出现，此烯醇式可与鸟嘌呤（G）形成氢键。因此，当它代替T与A配对掺入DNA时，在以后的DNA复制中就可能引起AT对被GC对置换的突变发生（图6-1 a）；当它首先是代替C与G配对参入DNA时，则在DNA复制中就可能出现GC对被AT对的置换（图6-1 b）。

图6-1  5溴尿嘧啶的诱变机制

2. 使碱基发生化学变构，从而引起DNA的某些碱基对发生置换。例如亚硝酸对碱基有氧化脱氨基作用，可以使C成为U与A配对，或A成为次黄嘌呤（H）与C配对，从而引起DNA的某些碱基对发生置换突变。

3. 插入DNA相邻的碱基之间，引起移码突变。在邻近的两个嘌呤碱基之间插入吖啶染料分子，可引起DNA复制时碱基增添或缺失的错误，造成密码子的移码，出现基因突变。

4. 引起DNA分子断裂而诱发染色体畸变。例如许多烷化剂（氮芥、硫芥、环氧乙烷等）除能诱发点突变以外，还能诱发染色体畸变。其作用机制据认为是使DNA分子上的碱基被烷化以后，能够被核酸内切酶所断裂。亚硝酸也是一种很有效的诱发缺失的诱变剂。

（三）生物学方法

利用各种生物学的方法可诱使微生物发生变异，使细菌发生毒力等性状的改变，获得性能良好的菌株。

1．增强毒力：连续通过易感动物，可使病原菌毒力增强。有的细菌与其他微生物共生，或被温和噬菌体感染，也可增强毒力。例如产气荚膜梭菌与八叠球菌共生时毒力增强；肉毒梭菌当被温和噬菌体感染时，方产生毒素。

2．减弱毒力：病原菌毒力自发减弱的现象，常见于传染病流行末期所分得的病原菌株。人工减弱病原微生物的毒力通常使用病原菌通过非易感动物、鸡胚等方法。如将禽霍乱强毒菌株通过豚鼠190代后，再经鸡胚传40代，育成禽霍乱弱毒菌株。无论自然变异弱毒株或人工培育的变异弱毒株，均由于DNA上核苷酸碱基顺序的改变的结果。

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