Мутації є важливим об 'єктом дослідження цитогенетиків і біохіміків. Саме мутації, генні або хромосомні, найчастіше є причиною спадкових захворювань. У природних умовах хромосомні перебудови відбуваються дуже рідко. Мутації, викликані хімічними реактивами, біологічними мутагенами або фізичними факторами, такими як іонізуюче випромінювання, часто є причиною вроджених патологій розвитку і злоякісних новоутворень.
Загальні відомості про мутації
Мутацію Гуго де Фріз визначив як раптову зміну спадкової ознаки. Це явище зустрічаються в геномі всіх живих організмів, від бактерій до людини. За нормальних умов мутації в нуклеїнових кислотах відбуваються дуже рідко, з частотою приблизно 1 · 10-4 - 1 · 10-10.
Залежно від кількості порушеного змінами генетичного матеріалу, мутації ділять на геномні, хромосомні та генні. Геномні пов 'язані зі зміною кількості хромосом (моносомія, трисомія, тетрасомія); хромосомні пов 'язані зі зміною структури окремих хромосом (делеції, дубликації, транслокації); генні мутації зачіпають окремий ген. Якщо мутація торкнулася тільки однієї пари нуклеотидів, то вона - точкова.
Залежно від причин, що викликали їх, виділяють спонтанні та індуковані мутації.
Спонтанні мутації
Спонтанні мутації виникають в організмі під впливом внутрішніх факторів. Спонтанні мутації вважаються нормальним явищем, вони рідко призводять до серйозних наслідків для організму. Найчастіше такі перебудови відбуваються в межах одного гена, пов 'язані із заміною підстав - пурина на інший пурин (транзиції), або пурина на піримідин (трансверсії).
Значно рідше спонтанні мутації відбуваються в хромосомах. Зазвичай хромосомні спонтанні мутації представлені транслокаціями (переходом одного або декількох генів однієї хромосоми на іншу) та інверсіями (зміною послідовності генів у хромосомі).
Індуковані перебудови
Індуковані мутації виникають у клітинах організму під впливом хімікатів, радіації або реплікаційного матеріалу вірусів. Такі мутації проявляються частіше, ніж спонтанні, мають більш серйозні наслідки. Вони впливають на окремі гени і групи генів, блокуючи синтез окремих білків. Індуковані мутації часто глобально впливають на геном, саме під впливом мутагенів у клітці з 'являються аномальні хромосоми: ізохромосоми, кільцеві хромосоми, дицентрики.
Мутагени, крім хромосомних перебудов, викликають пошкодження ДНК: двунітьові розриви, утворення ДНК-зшивок.
Приклади хімічних мутагенів
До хімічних мутагенів належать нітрати, нітрити, аналоги азотистих підстав, азотиста кислота, пестициди, гідроксиламін, деякі харчові добавки.
Азотиста кислота викликає відщеплення аміногрупи від азотистих підстав і заміну їх іншою групою. Це призводить до точкових мутацій. Хімічно індуковані мутації також викликає гідроксиламін.
Нітрати і нітрити у великих дозах підвищують ризик виникнення раку. Деякі харчові добавки викликають реакції арилювання нуклеїнових кислот, що призводить до порушення процесів транскрипції і трансляції.
Хімічні мутагени дуже різноманітні. Часто саме ці речовини викликають індуковані мутації в хромосомах.
Фізичні мутагени
До фізичних мутагенів належать іонізуюче випромінювання, насамперед короткохвильове, і ультрафіолет. Ультрафіолет запускає процес перекисного окислення ліпідів у мембранах, провокує утворення різних дефектів у ДНК.
Рентгенівське і гамма-випромінювання провокують мутації на рівні хромосом. Такі клітини не здатні до поділу, вони гинуть під час апоптозу. Індуковані мутації можуть зачіпати і окремі гени. Наприклад, блокування генів пухлинних супресорів призводить до появи пухлин.
Приклади індукованих перебудов
Прикладами індукованих мутацій можуть служити різні генетичні захворювання, що частіше проявляються в зонах, схильних до впливу фізичного або хімічного мутагенного фактора. Відомо, зокрема, що в індійському штаті Керала, де річна ефективна доза іонізуючого випромінювання перевершує норму в 10 разів, підвищена частота народження дітей з синдромом Дауна (трисомія по 21-й хромосомі). У китайському окрузі Янцзян у ґрунті виявлено велику кількість радіоактивного монациту. Нестабільні елементи в його складі (церій, торій, уран) розпадаються з виділенням гамма-квантів. Вплив короткохвильового випромінювання на жителів округу призвів до великої кількості народжень дітей із синдромом котячого крику (делеція великої ділянки 8-ї хромосоми), а також підвищеної захворюваності на рак. Ще один приклад: у січні 1987 року в Україні було зареєстровано рекордну кількість народжень дітей із синдромом Дауна, пов 'язану з аварією на ЧАЕС. На першому триместрі вагітності плід найбільш чутливий до впливу фізичних і хімічних мутагенів, тому колосальна доза радіації призвела до підвищення частоти аномалій хромосомного набору.
Один з найбільш сумнозвісних хімічних мутагенів в історії - седативний засіб "" Талідомід "", що випускається в ФРН в 50-х роках минулого століття. Прийом цього препарату призвів до народження безлічі дітей з різними генетичними відхиленнями.
Метод індукованих мутацій зазвичай застосовується вченими для пошуку оптимальних способів боротьби з аутоімунними захворюваннями і генетичними відхиленнями, пов 'язаними з гіперсекрецією білків.