Мутациите са важен обект на изследване за цитогенетиците и биохимиците. Именно мутации, генни или хромозомни, най-често са причина за наследствени заболявания. При естествени условия хромозомните пренареждания се случват много рядко. Мутациите, причинени от химикали, биологични мутагени или физически фактори като йонизиращо лъчение, често са причина за вродени малформации и злокачествени заболявания.
Обща информация за мутациите
Хю де Фрис дефинира мутацията като внезапна промяна в наследствена черта. Това явление се среща в генома на всички живи организми, от бактерии до хора. При нормални условия мутациите в нуклеиновите киселини възникват много рядко, с честота приблизително 1 10–4 – 1 10–10.
В зависимост от количеството генетичен материал, засегнат от промените, мутациите се разделят на геномни, хромозомни и генни. Геномните са свързани с промяна в броя на хромозомите (монозомия, тризомия, тетразомия); хромозомните са свързани с промяна в структурата на индивидахромозоми (делеции, дупликации, транслокации); генните мутации засягат един единствен ген. Ако мутацията е засегнала само една двойка нуклеотиди, тогава това е точкова мутация.
В зависимост от причините, които са ги причинили, се разграничават спонтанни и индуцирани мутации.
Спонтанни мутации
В тялото възникват спонтанни мутации под влияние на вътрешни фактори. Спонтанните мутации се считат за нормални, те рядко водят до сериозни последици за организма. Най-често такива пренареждания се случват в рамките на един и същ ген, свързани със замяната на основи - пурин с друг пурин (преход) или пурин с пиримидин (трансверсия).
В хромозомите се появяват значително по-рядко спонтанни мутации. Хромозомните спонтанни мутации обикновено са представени чрез транслокации (прехвърляне на един или повече гени от една хромозома в друга) и инверсии (промени в последователността на гените в хромозома).
Индуцирани пренареждания
Индуцираните мутации възникват в клетките на тялото под въздействието на химикали, радиация или репликационния материал на вирусите. Такива мутации се появяват по-често от спонтанните и имат по-сериозни последици. Те засягат отделни гени и групи гени, блокирайки синтеза на отделни протеини. Индуцираните мутации често засягат генома в световен мащаб, под влиянието на мутагени в клетката се появяват анормални хромозоми: изохромозоми, пръстеновидни хромозоми, дицентрици.
Мутагените, в допълнение към хромозомните пренареждания, причиняват увреждане на ДНК: двойно-верижни прекъсвания,образуването на ДНК кръстосани връзки.
Примери за химически мутагени
Химическите мутагени включват нитрати, нитрити, аналози на азотна основа, азотна киселина, пестициди, хидроксиламин, някои хранителни добавки.
Азотната киселина кара аминогрупата да бъде отцепена от азотните основи и заменена с друга група. Това води до точкови мутации. Хидроксиламинът също причинява химически индуцирани мутации.
Нитратите и нитритите във високи дози повишават риска от рак. Някои хранителни добавки предизвикват реакции на арилиране на нуклеиновите киселини, което води до нарушаване на процесите на транскрипция и транслация.
Химическите мутагени са много разнообразни. Често именно тези вещества причиняват индуцирани мутации в хромозомите.
Физически мутагени
Физическите мутагени включват йонизиращо лъчение, основно късовълново, и ултравиолетово. Ултравиолетовото стартира процеса на липидна пероксидация в мембраните, провокира образуването на различни дефекти в ДНК.
Рентгеновите и гама-лъчите провокират мутации на ниво хромозоми. Такива клетки не са способни на делене, те умират по време на апоптоза. Индуцираните мутации могат да засегнат и отделни гени. Например блокирането на туморни супресорни гени води до тумори.
Примери за предизвикани пренареждания
Примери за предизвикани мутации са различни генетични заболявания, които по-често се проявяват в области, предразположени къмизлагане на физичен или химичен мутагенен фактор. Известно е по-специално, че в индийския щат Керала, където годишната ефективна доза йонизиращо лъчение надвишава нормата с 10 пъти, честотата на раждане на деца със синдром на Даун (тризомия на 21-ва хромозома) се увеличава. В китайския квартал Яндзян в почвата е открито голямо количество радиоактивен монацит. Нестабилните елементи в състава му (церий, торий, уран) се разпадат с освобождаването на гама кванти. Излагането на късовълнова радиация в окръга е довело до голям брой раждания на деца със синдром на плачещата котка (заличаване на голяма част от 8-та хромозома), както и до повишена честота на рак. Друг пример: през януари 1987 г. в Украйна е регистриран рекорден брой раждания на деца със синдром на Даун, свързани с аварията в Чернобил. През първия триместър на бременността плодът е най-чувствителен към ефектите на физични и химични мутагени, така че колосална доза радиация е довела до увеличаване на честотата на хромозомните аномалии.
Един от най-скандалните химически мутагени в историята е седативният талидомид, произведен в Германия през 50-те години на миналия век. Приемането на това лекарство е довело до раждането на много деца с голямо разнообразие от генетични аномалии.
Методът на индуцирана мутация често се използва от учените, за да намерят най-добрия начин за борба с автоимунните заболявания и генетичните аномалии, свързани с хиперсекреция на протеини.
