Mutanta je varianta daného kmene nebo druhu, u nichž je modifikován jeden
nebo více znaků, přenášejících se do potomstva. Aby mohla být změna dědičná,
musí dojít ke změnám na úrovni genetického materiálu (DNA, RNA).
Mutanty bakteriálních kmenů jsou využívány v praxi ke studiu metabolických
drah, způsobu regulace genové exprese a k přípravě laboratorních kmenů vhodných
pro klonování. Příprava mutantních variant má značný význam pro přípravu
průmyslově a zemědělsky využívaných bakteriálních kmenů, např. kmeny s
nadprodukcí určitých látek (enzymů, mastných kyselin, vitamínů, antibiotik aj.)
nebo kmenů vhodných k vakcinaci.
Proces vedoucí ke vzniku nových variant daného bakteriálního kmene se
označuje jako mutageneze. K mutagenezi
lze použít chemické, fyzikální nebo biologické mutageny. Po působení mutageny je
třeba ponechat bakterie růst, aby došlo k fenotypové expresi navozených změn v genetickém
materiálu (DNA, RNA). Obvykle je mutován jen jeden řetězec DNA. Buňka tak obsahuje
zásobu standardních genových produktů. Mutantní buňky proto vykazují
fyziologicky normální fenotyp, dokud nedojde k vyředění produktů
nemutovaných genů. Následnou replikací genomu dojde k separaci řetězce
obsahujícího mutovanou variantu genu do dceřiných buněk. Prodleva v projevu
mutantního fenotypu je označována jako
fenotypové zdržení (lag). Tento jev můžeme sledovat u mutací navozujících
rezistenci k antibiotikům (rifampicinu, streptomycinu aj.). Aby došlo k projevu
rezistentního fenotypu, musí dojít k rozdělení buněk a expresi mutované
varianty genu zodpovědné za navození rezistence.
Vznikne-li mutace působením určitého fyzikálního nebo chemického faktoru,
mluvíme o mutaci indukované. Pokud
je vznik mutace náhodný, jedná se o mutaci
spontánní. Tato mutace vzniká během některého z molekulárních procesů (replikace,
transkripce, rekombinace, reparace) odehrávajících se v buňce bez působení
vnějších faktorů. Molekulární podstata spontánních a
indukovaných mutací je stejná (delece, inzerce nebo substituce nukleotidů). Frekvence
spontánních mutací je podstatně nižší než u mutací indukovaných.
Je důležité odlišovat mutaci od
adaptace. Adaptace je schopnost
organizmu přizpůsobit se danému prostředí. K adaptaci organizmů vlivem
řady faktorů v prostředí dochází v delším časovém horizontu a proces
adaptace je reverzibilní. Dědí se pouze schopnost organizmu adaptovat se na
dané podmínky.
Fluktuační test
Cílem testu je
prakticky prokázat, zda mutace vznikají v organizmu spontánně, nebo jako odpověď
na vliv prostředí. Fluktuační test odpovídá na otázku, zda jsou mutace přítomny
v organizmu před působením daným mutagenem, nebo vznikají v organizmech po
vystavení tomuto faktoru.
Tedy způsobem
přirozeného výběru popsaným Darwinem, nebo jak se domníval Lamarck, že se
organizmy přizpůsobují pouze díky okolnímu prostředí.
Teoretické předpoklady fluktuačního testu:
- Pravděpodobnost mutace je velmi
nízká, ale stejná pro každou buňku (10-6-10-10).
- Při fyziologické adaptaci
reagují buňky na přítomnost látky v prostředí. Ta působí jako selekční faktor, který
indukuje adaptivní odpověď (např. tvorbu enzymů apod.). Počet reagujících buněk
v různých populacích je zhruba stejný.
- Uvažujeme-li určitou kulturu
pocházející z jedné buňky, pak na konci kultivace bude počet mutant odrážet
dobu, ve které mutace vznikla (tj. ve které generaci). Vzhledem k nízké
pravděpodobnosti mutace lze předpokládat, že i počty mutant v jednotlivých klonech
budou rozděleny podle Poissonovy řady - to proto, že záleží na generaci, ve
které k mutaci došlo. Proto se budou významně lišit počty mutant v jednotlivých
kulturách a v kultuře, kde byly buňky pěstovány dohromady.