Основні причини генних мутацій на сучасному етапі
студенти 1 курсу, кафедра стоматології ПГУ, РФ, м Слов'янськ
науковий керівник, канд. біол. наук, доцент ПГУ, РФ, м Слов'янськ
Генетика - це біологічна наука про спадковість і мінливість організмів і методи керування ними. Вона є науковою базою для розробки методів селекції, для створення нових порід тварин, видів рослин і т. Д.
Великі відкриття сучасної генетики обумовлені здатністю генів до перебудови або іншими словами, організми здатні мутувати.
Генні мутації - порушення послідовності нуклеотидів [1].
У наш час вчені виявили головні чинники, що призводять до мутацій - мутагени. Відомо, що мутації викликаються умовами, в яких перебуває організм: його харчуванням, температурним режимом і т. Д. Або дією таких факторів, як деякими хімічними речовинами або радіоактивними елементами. Найбільш небезпечним мутагенів є віруси.
Наслідки мутацій можуть бути різними. Мутації бувають як летальними, так сублетальні, а так само нейтральними і вітальними. Бувають настільки сильні мутації, що організм гине від них. У цьому випадку мова йде про летальні мутації [3].
Організми гинуть при наявності будь-яких літальних генів на всіх стадіях свого розвитку. Найчастіше, згубну дію таких генів рецессивно: виявляється тільки тоді, коли вони перебувають в гомозиготному стані. Організм гине, не залишаючи після себе потомства, якщо виникає мутація з домінуючим летальною дією [7].
Сублетальні гени зменшують життєздатність організму, нейтральні не впливають на його життєві функції, а вітальні відносяться до корисних мутацій.
Також розрізняють спонтанні і індуковані мутації. Спонтанні мутації проявляються протягом усього життя організму випадково в нормальних умовах навколишнього середовища.
Індуковані мутації - успадковані зміни геному, які виникають в результаті різних мутацій в штучних умовах або при несприятливого впливу навколишнього середовища.
Мутації виникають постійно, через процеси, що відбуваються в живій клітині. Основні процеси, які призводять до виникнення мутацій - порушення репарації ДНК при реплікації, транскрипції, а також генетична рекомбінація [7].
Зв'язок мутацій з реплікацією ДНК. Більшість випадкових хімічних змін нуклеотидів ведуть до мутацій, що виникають при реплікації. На даний момент встановлено, що однією з причин тромбофилии є Лейденська мутація гена V фактора згортання крові, яка характеризується заміною нуклеотиду гуаніну на нуклеотид аденін в позиції 1691. Це призводить до заміни амінокислоти аргініну на амінокислоту глутамін в позиції 506 у білкової ланцюга, що є продуктом цього гена. Ця мутація бере участь в патогенезі гострого тромбозу глибоких вен нижніх кінцівок [9]. Розвиток тромбофилии може призводити до розвитку тромбозів судинного русла нирок на будь-якому його ділянці, включаючи формування інфаркту нирки і тромботической микроангиопатии [11]. Це є серйозною проблемою сучасної дитячої нефрології.
Зв'язок мутацій з рекомбінацією ДНК. Нерівний кросинговер часто призводить до мутацій. Він відбувається зазвичай тоді, коли в хромосомі є кілька дупліціроваться копій вихідного гена, які зберегли схожу послідовність нуклеотидів. В результаті нерівного кросинговеру в одній з рекомбінантних хромосом відбувається Дуплікація, а в іншій - делеция [5].
Зв'язок мутацій з репарацією ДНК. Спонтанні пошкодження ДНК також дуже часто зустрічаються. Для усунення наслідків таких пошкоджень є спеціальні репараційні механізми (наприклад, помилковий ділянку ДНК вирізається і на цьому місці відновлюється вихідний). Мутації виникають, коли репараційний механізм з якихось причин не працює або не справляється з усуненням пошкоджень [5]. Наслідком порушень репарації ДНК є важке спадкове захворювання - прогерія [4].
Генні мутації репарації призводять до багаторазового зміни частоти мутації інших генів. У 1964 Ф. Ханавальт і Д. Петіджон довели, що мутації генів багатьох ферментів системи ексцизійної репарації призводять до різкого підвищення частоти соматичних мутацій у людини, а це призводить до розвитку пігментного ксеродерма і злоякісних пухлин покривів.
Мутагенні фактори середовища в наш час добре вивчені дослідниками. На даний момент вчені виділяють три основні групи факторів: фізичні, хімічні та біологічні. Фізичні фактори - іонізуюче лікування, ультрафіолет сонячних променів, природний радіаційний фон землі. Хімічні фактори (мутагени) - іприт, пестициди, консерванти і т. Д. Біологічні фактори - віруси, бактерії. Антимутагенними механізмами організму є: вирожденність генетичного коду - амінокислоти кодуються кількома кодонами; видалення ушкодженої ділянки ДНК ферментами; подвійна спіраль ДНК; репаративні надбудови [2].
Транспозіціонная активність МГЕ є основною причиною виникнення спонтанних мутацій [10]. Вивчення первинної послідовності МГЕ виявило, що в їх структурі є велика кількість регуляторних сайтів і сигнальних послідовностей, а це означає, що МГЕ можуть дуже інтенсивно впливати на роботу гена, не руйнуючи сам ген [2].
Мутаційні зміни, на відміну від модифікаційної мінливості, з'являються раніше зміни умов середовища. Модификационная мінливість, як відомо, залежить від умов навколишнього середовища і інтенсивності їх впливу на організм.
Зміни структури ДНК, яка утворює ген, поділяють на три групи. Мутації першої групи - заміна одних підстав іншими (близько 20%). Друга група мутацій - зміна кількості нуклеотидних пар в гені, в слідстві, зрушення рамки зчитування. Остання група мутацій пов'язана з інверсією нуклеотиднихпослідовностей в межах гена [12].
Генетики виділяють так само окремо точкові мутації. Для цих мутацій характерним є те, що одне азотистих основ замінюється іншим.
Точкові мутації здатні виникати в результаті спонтанних мутацій, що відбуваються під час реплікації ДНК. Вони також можуть з'являтися в результаті дії зовнішніх чинників (вплив ультрафіолетового або рентгенівського випромінювання, висока температура або хімічні речовини) і при синтезі молекули ДНК, в якій є ушкодження [6].
Вважається, що головною причиною утворення мутацій заміни підстав - спорадичні помилки ДНК-полімерази. Уотсон і Крик пояснили це так: «При зіткненні молекули ДНК з молекулами води можуть змінюватися таутомерні стану основ ДНК. Однією з причин утворення мутацій заміни підстави вважається дезаминирование 5-метілцітозіна »[8].
Причини мутацій (зміни генної інформації) до кінця не з'ясовані, але сучасна генетика знаходиться на завершальному етапі вивчення цього питання.