誘發細菌變異的方法

誘發突變是應用人工方法使細菌增殖和複製DNA時出現“錯誤”，從而育成人類需要的細菌變異品係。許多物理和化學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製。

（一）物理方法

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

1. 溫度：溫度誘發基因突變的機製似乎是專一對GC堿基對的作用。包括使C脫氨基轉換為尿嘧啶（U），在複製中造成GC→AT轉換；以及引起G-脫氧核糖鍵的移動，從而在DNA複製過程中出現包括兩個G的堿基對，在再一次複製中造成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方麵。前者是指輻射直接作用於染色體，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複製差錯。間接作用是使染色體以外的細胞物質發生變化，再由這些物質作用於染色體引起突變；它包括堿基類似物的形成及其突變誘發作用，和電離輻射引起過氧化氫和遊離基的產生以及它們對突變的誘發。

（二）化學方法

常用的化學誘變劑有堿基類似物（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、吖啶類染料（吖啶黃、吖啶橙、原黃素等）、烷化劑和吖啶類結合的化合物（名為ICR191，是美國某癌症研究所的製品）、溴化乙錠等。它們的作用機製複雜而各有差異，總的說來主要有以下幾方麵。

1. 取代DNA中的堿基，從而使DNA的某些堿基對發生置換。例如U_Br是T的結構類似物，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，此烯醇式可與鳥嘌呤（G）形成氫鍵。因此，當它代替T與A配對摻入DNA時，在以後的DNA複製中就可能引起AT對被GC對置換的突變發生（圖6-1 a）；當它首先是代替C與G配對參入DNA時，則在DNA複製中就可能出現GC對被AT對的置換（圖6-1 b）。

圖6-1  5溴尿嘧啶的誘變機製

2. 使堿基發生化學變構，從而引起DNA的某些堿基對發生置換。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。在鄰近的兩個嘌呤堿基之間插入吖啶染料分子，可引起DNA複製時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分子斷裂而誘發染色體畸變。例如許多烷化劑（氮芥、硫芥、環氧乙烷等）除能誘發點突變以外，還能誘發染色體畸變。其作用機製據認為是使DNA分子上的堿基被烷化以後，能夠被核酸內切酶所斷裂。亞硝酸也是一種很有效的誘發缺失的誘變劑。

（三）生物學方法

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

1．增強毒力：連續通過易感動物，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。例如產氣莢膜梭菌與八疊球菌共生時毒力增強；肉毒梭菌當被溫和噬菌體感染時，方產生毒素。

2．減弱毒力：病原菌毒力自發減弱的現象，常見於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非易感動物、雞胚等方法。如將禽霍亂強毒菌株通過豚鼠190代後，再經雞胚傳40代，育成禽霍亂弱毒菌株。無論自然變異弱毒株或人工培育的變異弱毒株，均由於DNA上核苷酸堿基順序的改變的結果。

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