Improvement of the yeast Saccharomyces cerevisiae strains used in the alpha test to identify genotoxic factors

Abstract

Весьма актуальной проблемой является создание новых и совершенствование уже существующих тест-систем генетической токсикологии для своевременного выявления и определения уровня активности мутагенных факторов. Главными критериями, определяющими эффективность тест-систем, являются их высокая пропускная способность, высокая чувствительность к генотоксическим агентам и возможность комплексного определения разных типов генетических нарушений. Среди известных на сегодняшний день тест-систем выделяется альфа-тест, разработанный сотрудниками кафедры генетики и биотехнологии Санкт-Петербургского государственного университета. Его главное отличие от существующих тест-систем заключается в возможности выявлять фенотипическое проявление первичных повреждений, которые еще не устранились системами репарации либо не зафиксировались в виде мутаций, а также в способности различать широкий спектр наследуемых генетических нарушений, таких как генные мутации, конверсию, рекомбинацию, потерю правого плеча и целой III хромосомы. Альфа-тест основан на системе генетического контроля типа спаривания дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Целью данной работы является усовершенствование используемых в альфа-тесте штаммов, тестерного, обрабатываемого мутагеном, и штамма-партнера для скрещивания, для повышения разрешающей способности и упрощения процедуры тестирования. В рамках данной работы были намечены и апробированы способы генетической модификации используемых в альфа-тесте штаммов, направленные на повышение чувствительности и эффективности тест-системы. Полученные нами результаты позволили заключить, что предложенная нами модификация тестерного штамма привела к повышению разрешающей способности тест-ситемы на порядок. Одна из предложенных нами модификаций штамма-партнера для скрещивания позволила объединить две независимые системы альфа-теста – тесты на «незаконную» гибридизацию и цитодукцию и таким образом упростить тест-систему, однако вторая показала свою неэффективность. В исследовании были предложены способы дальнейшего совершенствования альфа-теста.

One of the most important problems of modern genetic toxicology is creation and improving of the test-systems allowing to prevent negative impact of mutagenes for human health. The main criterion of test system effectiveness is its high throughput capacity, high sensitivity to genotoxic agents and specificity for different types of genetic changes. The alpha-test, which was developed at the Department of Genetics and Biotechnology of Saint-Petersburg State University, is a new unique test system. This test allows revealing the phenotypic manifestation of primary lesions, which have not yet been corrected by reparation systems or have not been fixed as mutations. Also, the alpha test distinguishes between a wide range of inherited genetic disorders, such as gene mutations, conversion, recombination, loss of the right arm and the entire III chromosome. Alpha-test is based on the system of genetic control of yeast Saccharomyces cerevisiae mating type. This work is focused on improvement of the yeast strains used in the alpha-test, the mutagen-treated tester strains, and the partner strains for crossbreeding in order to increase the resolution and robustness of the testing procedure. In our work the yeast strains were subjected to several genetic modifications, which resulted in an increase of the test-system's resolution by an order of magnitude. One of our proposed modifications of the partner-for-mating strain allowed us to combine two independent alpha-test systems - tests for "illegitimate" hybridization and cytoduction – and thus to simplify the test system. The ways for further improvement of the alpha test were suggested.