Мутационная изменчивость является результатом мутаций.
Мутация (от лат. “mutazio” - изменение, перемена) –наследственное изменение генотипа (это изменение наследственного материала, приводящее к появлению новых признаков организма, способных передаваться последующему поколению. Термин “мутация” ввел в науку в 1901 г. Голландский генетик Г. де Фриз, описавший самопроизвольные мутации у растений. Мутации - это стойкие изменения затрагивающие как целые хромосомы, их части, отдельные гены. Чаще всего, мутации это мелкие, едва заметные отклонения от нормы.
Дарвин назвал наследственную изменчивость неопределенной (индивидуальной), подчеркивая ее случайный и относительно редкий характер.
Мутации являются источником генетического разнообразия, составляя резерв наследственной изменчивости.
Классификация мутаций
1. По характеру проявления:
проявления бывают доминантными и рецессивными . Мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко снижающие жизнеспособность, частично или полностью останавливающие развитие, называют полулетальными а несовместимые с жизнью - летальными.
2. По месту возникновения:
Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Но при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих изменившийся - мутировавший - ген, мутации могут передаваться потомству. Такие мутации называют соматическими.
3. По уровню возникновения:
Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена А на Т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия.
Хромосомные мутации – изменение строения хромосом: выпадение участка, удвоение участка, поворот участка на 180 градусов, перенос участка на другую (негомологичную) хромосому и т.п. Причины – нарушения при кроссинговере. Пример: синдром кошачьего крика.
Геномные мутации – изменение количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом. В зависимости от характера изменения числа хромосом различают:
- Полиплоидия – кратные изменения (в несколько раз, например, 12 → 24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению размера.
- Анеуплоидия – изменения на одну-две хромосомы. Например, одна лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при этом общее количество хромосом – 47).
В зависимости от характера изменения числа хромосом различают:
Спонтанные мутации - возникают при нормальных условиях жизни, зависят от внешних и внутренних факторов, возникают в соматических и генеративных клетках.
Индуцированные мутации - это искусственное получение мутаций с помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия. Ученые полагают, что факт наследования мутаций вызывает определенные опасения, поскольку это может увеличить риск развития рака. Азиатов от алкоголизма защищает ген-мутант. Почему процент алкоголиков в азиатских странах значительно ниже, чем в странах, где основную часть населения составляет так называемое белое население.
Факторы среды, вызывающие появление мутаций называются– мутагенами .
Различают:
Физические мутагены
- ионизирующее и ультрафиолетовое излучение;
Чрезмерно высокая или низкая температура;
Химические мутагены
Нитраты, нитриты, пестициды, никотин, метанол, бензпирен.
Некоторые пищевые добавки, например, ароматические углеводороды;
Продукты переработки нефти;
Органические растворители;
Лекарственные препараты, препараты ртути, иммунодепрессанты.
Биологические мутагены
Некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа)
Продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);
Свойства мутации:
- мутации наследственны, т.е. передаются из поколения в поколение.
- мутации возникают внезапно (спонтанно), ненаправленно.
- мутации не направлены – мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении.
- одни и те же мутации могут возникать повторно.
- мутации индивидуальны, т.е. возникают у отдельных особей.
- мутации могут быть полезными,вредными, нейтральными; доминантными и рецессивными.
Значение мутаций
Служат резервом наследственной изменчивости (сохраняются в популяции в скрытом-рецессивном) виде, являются материалом для эволюции.
Причина многих наследственных заболеваний и уродств.
Индуцированные мутации “поставляют” материал для искусственного отбора и селекции.
МУТАГЕНЕЗ - процессы-реакции в генном аппарате биологического объекта, при которых происходят изменения в строении генов, передающиеся по наследству. Такие изменения могут затрагивать отдельные нуклеотиды или группы их, сопровождаясь в некоторых случаях изменениями в морфологии хромосом. Изменения уже одного нуклеотида, входящего в состав триплета, приводят к образованию иной аминокислоты, входящей в состав белка, и могут привести к изменению соответствующего признака.
Мутагенез можно условно делить на спонтанный , когда мутации возникают в "нормальных" условиях роста, и индуцированный вследствие применения физических или химических мутагенов.
Спонтанный мутагенез зависит от внешних и внутренних факторов (биологические, химические, физические). Спонтанные мутации возникают у человека в соматических и генеративных тканях. Метод определения спонтанных мутаций основан на том, что у детей появляется доминантный признак, хотя у его родителей он отсутствует. При спонтанном мутагенезе могут происходить все типы наследственных перемен, которые наблюдаются при индуцированном мутагенезе: замена пар аденин-тимин или чаще гуанин-цитозин, ошибочное спаривание двух пуринов или двух пиримидинов, делеции, включения и другие изменения. Каждый биологический объект характеризуется определенным фоном спонтанных мутаций, которые с разной частотой затрагивают те или иные генетические признаки.
Индуцированный мутагенез - это искусственное получение мутаций с помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым. Затем, проводя обширные исследования, была установлена радиобиологическая зависимость мутаций. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия. В конце сороковых годов открыли существование мощных химических мутагенов, которые вызывали серьезные повреждения ДНК человека для целого ряда вирусов. Одним из примеров воздействия мутагенов на человека может служить эндомитоз - удвоение хромосом с последующим делением центромер, но без расхождения хромосом.
Индуцированный мутагенез – это искусственное получение мутаций с помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым. Затем, проводя обширные исследования, была установлена радиобиологическая зависимость мутаций. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия. В конце сороковых годов открыли существование мощных химических мутагенов, которые вызывали серьезные повреждения ДНК человека для целого ряда вирусов.
Одним из примеров воздействия мутагенов на человека может служить эндомитоз –удвоение хромосом с последующим делением центромер, но без расхождения хромосом.
Роль генотипа и внешней среды в проявлении признаков.
Первоначально развитие генетики сопровождалось представлением о фатальности влияния наследственности на структуру, функцию и психологические признаки человека.
Однако уже с конца XIX века многие исследователи отмечали, что свойства любого организма могут меняться под воздействием условий внешней среды. Еще в 1934 г. профессор С.Н. Давиденков опубликовал работу "Проблемы полиморфизма наследственных болезней нервной системы", в которой он подчеркивал, что вариабельность течения этих заболеваний может быть вызвана влиянием как других генов, так и внешней среды. Даже синтез одного белка является сложным и многоэтапным процессом, который регулируется на всех стадиях (транскрипции, процессинга, транспорта РНК из ядра, трансляции, формирования вторичной, третичной и четвертичной структур). Кроме того, время, количество, скорость и место его образования определяются множеством различных генетических и средовых факторов. Целостный организм, включающий большое количество разнообразных белков, функционирует как единая система, в которой развитие одних структур зависит от функции других и необходимости приспособления к меняющимся условиям внешней среды.
Так, например, патологические изменения гена контролирующего фермент фенилаланингидроксилазу, приводят к нарушению обмена аминокислоты фейилаланина. В результате поступающий с белком пищевых продуктов фенилаланин накапливается в организме человека, являющегося гомозиготой по аномальному гену, что вызывает поражение нервной системы. Но специальная диета, ограничивающая поступление с пищей этой аминокислоты, обеспечивает ребенку нормальное развитие. Таким образом, фактор внешней среды (в данном случае диета) меняет фенотипическое действие гена, в которых существует организм человека, могут модифицировать детерминированные признаки. Например, рост ребенка контролируется целым рядом пар нормальных генов, регулирующих обмен гормонов, минералов, пищеварение и т.д. Но даже если изначально генетически определен высокий рост, а человек живет в плохих условиях (недостаток солнца, воздуха, неполноценное питание), то это приводит к низкорослости. Уровень интеллекта будет выше у человека, получившего хорошее образование, нежели у ребенка, который воспитывался в плохих социальных условиях и не мог учиться.
Таким образом, развитие любого организма зависит и от генотипа, и от факторов внешней среды. Это означает, что аналогичный у двух особей генотип не обеспечивает однозначно одинаковый фенотип, если эти индивиды развиваются в разных условиях.
Только генотип или только факторы внешней среды не могут определить формирование фенотипическнх характеристик какого-либо признака. Так, например, нельзя определить уровень интеллекта человека, не контактировавшего с факторами внешней среды - таких людей нет.
Важной задачей генетики является уточнение роли наследственных и внешнесредовых факторов в формировании того или иного признака. Фактически необходимо оценить степень обусловленности количественных характеристик организма генетической изменчивостью (т.е. генетическими различиями между особями) или средовой изменчивостью (т.е. различиями внешних факторов). Для количественной оценки этих воздействий американский генетик Дж. Лаш ввел термин "наследуемость".
Наследуемость отражает вклад генетических факторов в фенотипическое проявление конкретного признака. Этот показатель может иметь значение в интервале от 0 до 1 (0-100%). Чем ниже уровень наследуемости, тем меньше роль генотипа в изменчивости данного признака. Если наследуемость приближается к 100%, то фенотипическая изменчивость признака почти полностью определяется наследственными факторами.
До сих пор речь шла о спонтанных мутациях, т.е. происходящих без какой-либо известной причины. Возникновение мутаций – процесс вероятностный, и, соответственно, существует набор факторов, которые на эти вероятности влияют и изменяют их. Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенами, а процесс изменения вероятностей появления мутации – индуцированном. Мутации, возникающие под влиянием мутагенов, называют индуцированными мутациями.
В современном технологически сложном обществе люди подвергаются воздействию самых разных мутагенов, поэтому изучение индуцированных мутаций приобретает все большее значение.
К физическим мутагенам относятся все виды ионизирующих излучений (гамма- и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и др.), ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры; к химическим – многие алкилирующие соединения, аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот, некоторые биополимеры (например, чужеродные ДНК и РНК), алкалоиды и многие другие химические агенты. Некоторые мутагены увеличивают частоту мутаций в сотни раз.
К числу наиболее изученных мутагенов относятся радиация высоких энергий и некоторые химические вещества. Радиация вызывает такие изменения в геноме человека, как хромосомные аберрации и потерю нуклеотидных оснований. Частота встречаемости мутаций половых клеток, индуцированных радиацией, зависит от пола и стадии развития половых клеток. Незрелые половые клетки мутируют чаще, чем зрелые; женские половые клетки – реже, чем мужские. Кроме того, частота мутаций, индуцированных радиацией, зависит от условий и дозы облучения.
Соматические мутации, возникающие в результате радиации, представляют собой основную угрозу населению, поскольку часто появле ние таких мутаций служит первым шагом на пути образования раковых опухолей. Так, одно из наиболее драматических последствий Чернобыльской аварии связано с возрастанием частоты встречаемости разных типов онкологических заболеваний. Например, в Гомельской области было обнаружено резкое увеличение числа детей, больных раком щитовидной железы. По некоторым данным, частота этого заболевания сегодня по сравнению с доаварийной ситуацией увеличилась в 20 раз.
В начале 50-х годов ХХ века была обнаружена возможность замедления или ослабления темпов мутирования с помощью некоторых веществ. Такие вещества назвали антимутагенами. Выделено около 200 природных и синтетических соединений, обладающих антимутагенной активностью: некоторые аминокислоты (аргинин, гистидин, метианин), витамины (токоферол, аскорбиновая кислота, ретинол, каротин), ферменты (пероксидаза, НАДФ-оксидаза, каталаза и др.), комплексные соединения растительного и животного происхождения, фармокологические средства (интерферон, оксипиридины, соли селена и др.).
Подсчитано, что с пищей человек получает в день несколько граммов веществ, способных вызвать генетические нарушения. Такие количества мутагенов должны вызывать существенные поражения в наследственных структурах человека. Но этого не происходит, т. к. антимутагены пищи нейтрализуют эффекты мутагенов. Соотношение антимутагенов и мутагенов в продуктах зависит от способа приготовления, консервирования и сроков хранения. Антимутагенами бывают не только компоненты, но и пищевые продукты в целом: экстракты различных видов капусты уменьшают уровень мутаций в 8 – 10 раз, экстракт яблок – в 8 раз, винограда – в 4 раза, баклажана – в 7, зелёного перца – в 10, а мятного листа – в 11 раз. Среди лекарственных трав отмечено антимутагенное действие зверобоя.
Вопросы для обсуждения:
1. Участок гена, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий порядок основания: ААГСААСААТТАГТААТГААГЦААЦЦЦ. Какие изменения произойдут в белке, если во время репликации в шестом кодоне появилась вставка тимина между вторым и третьим нуклеотидами?
2. На участке гена, кодирующего полипептид последовательность нуклеотидных оснований следующая: ГААЦГАТТЦГГЦЦАГ. Произошла инверсия на участке второго – седьмого нуклеотида. Определите структуру полипептидной цепи в норме и после мутации.
Индуцированными являются те мутации, которые возникают после обработки клеток (организмов) мутагенными факторами. Различают физические, химические и биологические мутагенные факторы. Большинство этих факторов либо прямо реагирует с азотистыми основаниями в молекулах ДНК, либо включается в нуклеотидные последовательности.[ ...]
Индуцированный мутагенез позволяет значительно повысить частоту мутаций, то есть повысить наследственную изменчивость селекционируемого материала. Основной целью его применения в селекции рыб является увеличение генетической изменчивости за счет новых (индуцированных), в том числе и полезных, мутаций.[ ...]
Мутации - внезапные, естественные (спонтанные) или вызванные искусственные (индуцированные) наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.[ ...]
Индуцированные мутации возникают в результате вызванного действием мутагенов нарушения нормальных процессов редупликации, рекомбинации, репарации или расхождения носителей генетической информации.[ ...]
Мутации - это изменения в генном аппарате клетки, которые сопровождаются изменениями контролируемых этими генами признаков. Различают макро- и микроповреждения ДНК, ведущие к изменению свойств клетки. Макроизменения, а именно: выпадение участка ДНК (деления), перемещение отдельного участка (транслокация) или поворот определенного участка молекулы на 180° (инверсия) -у бактерий наблюдаются сравнительно редко Гораздо более характерны для них микроповреждения, или точечные мутации, т. е. качественные изменения в отдельных генах, например замена пары азотистых оснований. Мутации бывают прямые и обратные, или реверсивные. Прямые - это мутации организмов дикого типа, например утрата способности самостоятельно синтезировать факторы роста, т. е. переход от прото- к ауксотрофности. Обратные мутации представляют собой возвращение, или реверсию, к дикому типу. Способность к реверсии характерна для точечных мутаций. В результате мутаций изменяются такие важнейшие признаки, как способность самостоятельно синтезировать аминокислоты и витамины (ауксотрофные мутанты), способность к образованию ферментов. Эти мутации называют биохимическими. Хорошо известны также мутации, ведущие к изменению чувствительности к антибиотикам и другим антимикробным веществам. По происхождению мутации разделяют на спонтанные и индуцированные. Спонтанные возникают самопроизвольно без вмешательства человека и носят случайный характер. Частота таких мутаций очень низка и составляет от 1 X Ю“4 ло 1 X 10-10. Индуцированные возникают при воздействии на микроорганизмы физических или химических мутагенных факторов. К физическим факторам, обладающим мутагенным действием, относятся ультрафиолетовое и ионизирующие излучения, а также температура. Химическими мутагенами являются ряд соединений и среди них наиболее активны так называемые супермутагены. В природных условиях и эксперименте изменения в составе бактериальных популяций могут возникать в результате действия двух факторов - мутаций и автоселекции, происходящей в результате адаптации некоторых мутантов к условиям среды обитания. Такой процесс, очевидно, наблюдается в среде, где преобладающим источником питания является синтетическое вещество, например, ПАВ или капролактам.[ ...]
Частоту индуцированных мутаций определяют сравнением клеток или популяций организмов, обработанных и необработанных мутагеном. Если частота мутации в популяции повышается в результате обработки мутагеном в 100 раз, то считают, что лишь один мутант в популяции будет спонтанным, остальные будут индуцированными.[ ...]
Продуктивность индуцированных мутантов также варьирует в широких пределах, всегда, однако, оставаясь на более низком уровне, чем продуктивность типичного штамма ВТМ. Некоторые из индуцированных мутантов вызывают тяжелые формы болезни, однако никакой корреляции монаду тяжестью симптомов и продуктивностью вируса не установлено. Интенсивность репродукции данного мутанта при последовательных пассажах достаточно постоянна, на основании чего можно сделать вывод, что продуктивность представляет собой генетически устойчивый признак штамма. Мутации, индуцированные воздействием химических веществ, достаточно часто приводили к появлению у вируса способности вызывать более тяжелые формы болезни и очень редко (если это вообще имело место) - к увеличению продуктивности. Кассаиис (личное сообщение) выделил из типичной культуры ВТМ штаммы, вызывающие медленно распространяющиеся ярко-желтые местные поражепия (обычно без последующего системного инфицирования) на листьях растений табака сорта Уайт Барли (фото 73). Такие штаммы очень трудно поддерживать в лаборатории, и они никогда не сохраняются в природных условиях.[ ...]
Метод химического индуцированного мутагенеза применялся, например, при работах с казахстанским карпом. Эти соединения, избирательно воздействуя на ДНК хромосом, повреждают ее, что может привести к возникновению мутаций.[ ...]
Спонтанными называют те мутации, которые возникают у организмов в нормальных (природных) условиях на первый взгляд без видимых причин, тогда как индуцированными называют те мутации, которые возникают в результате обработки клеток (организмов) мутагенными факторами. Главное отличие спонтанных мутаций от индуцированных заключается в том, что мутация может возникнуть в любой период индивидуального развития. Что касается случайного характера мутаций в пространстве, то это означает, что спонтанная мутация произвольно может поразить любую хромосому или ген.[ ...]
Длительное время считали, что спонтанные мутации являются беспричинными, однако теперь по этому вопросу существуют другие представления, сводящиеся к тому, что спонтанные мутации не являются беспричинными, что они являются результатом естественных процессов, протекающих в клетках. Они возникают в условиях природного радиоактивного фона Земли в виде космического излучения, радиоактивных элементов на поверхности Земли, радионуклидов, инкорпорированных в клетки организмов, которые вызывают эти мутации или в результате ошибок репликации ДНК. Факторы естественного радиоактивного фона Земли вызывают изменения в последовательности оснований или повреждения оснований подобно тому, как это имеет место в случае индуцированных мутаций (см. ниже).[ ...]
Почти все из упомянутых в этой главе химически индуцированных мутантов ВТМ можно считать дефектными в том смысле, что они в процессе репродукции образуют меньше вирусных частиц, чем родительский штамм. Яти мутанты были взяты для исследования потому, что из образующихся частиц можно было выделить структурный белок для изучения аминокислотных замещений. Около 2/я мутантов, идентифицированных по симптомам болезни, не содержали никаких изменений в структурном белке. Причина пониженной продуктивности многих мутантных штаммов не известна. Вполне возможно, что в РНК-цодимеразе или каком-либо другом вирусоспецифичном ферменте происходит замещение той или иной аминокислоты, что приводит к снижению функциональной активности фермента и как результат - к снижению урожая вируса. Мутация, приводящая к синтезу пефувкциопирующей ТЛИ i-полимеразы, должна быть летальной, так как в этом случае вирусная РНК. не синтезируется, мутация же, приводящая к нарушению функции структурного белка, может и не быть летальной, если каким-то образом будет обеспечена сохранность вирусной РНК внутри клетки. Несколько мутантов такого рода были выделены.[ ...]
В зависимости от происхождения различают спонтанные и индуцированные генные и хромосомные мутации, которые возникают у организмов независимо от уровня их организации.[ ...]
Характер и механизмы исправления повреждений наиболее полно изучены в случае повреждений, индуцированных УФ-излучени-ем. Клетки реагируют на УФ-излучение тем, что в их ДНК образуются повреждения, главные из которых представляют собой фотохимические изменения в пиримидиновых основаниях, переходящие в пиримидиновые димеры, в частности в тиминовые. Последние образуются за счет ковалентного связывания соседних тиминовых оснований в одной и той же цепи молекулы посредством присоединения углерода одного тимина к углероду другого тимина. Димеризация фланкирующих оснований в гене сопровождается ингибированием транскрипции и репликации ДНК. Она ведет также к мутациям. В результате этого клетка может погибнуть или подвергнуться малигнизации.[ ...]
Далее Г. А. Надсон отмечает, что в 1920 г. им была обнаружена изменчивость микробов под влиянием радиевых и рентгеновых лучей, происходящая скачкообразно. Эти скачкообразные изменения наследственны, и для отличия от мутаций у растений и животных автор предложил называть их сальтациями (от латинского saltus - скачок). Этот термин не удержался в литературе, и явление внезапной наследственной изменчивости микроорганизмов считается мутационной изменчивостью. Мутанты, возникшие под влиянием обработки культуры радиацией или химическими реагентами, относятся к категории индуцированных мутантов в отличие от возникающих естественно при неучитываемом действии среды.[ ...]
Много нового и интересного приведено в частности о механизме фотопериодизма и практическом его использовании, об особенностях действия и применения эндогенных и синтетических регуляторов роста и плодоношения, о теоретических вопросах генетики и селекции и практическом использовании гетерозиса, полиплоидии, индуцированных мутаций.[ ...]
Максимальное количество озона (концентрация около 7 млн “) находится на расстоянии 20-25 км от. поверхности Земли. Поглощение энергии озоновым слоем существенно сказывается на запасе энергии в расположенной ниже атмосфере и заметно препятствует вертикальной конвекции воздуха. Таким образом, озоновый слой представляет собой весьма активную инверсионную область. Значение озонового слоя в жизнедеятельности Земли еще больше вследствие того, что для озонового слоя максимум поглощения УФ-излучения (254 нм) очень близок к таковому для ДНК (260 нм). Заметим, что ДНК - носитель генетической информации всего живого. Озон защищает ДНК от индуцированных УФ-излучением биохимических изменений, вызывающих мутации. В ходе эволюции Земли живые существа смогли выйти из морей (также поглощающих УФ-нзлучение) на сушу только тогда, когда над землей возникла первая озоновая оболочка. Таким образом, стратосферный озоновый слой над Землей следует рассматривать как необходимую предпосылку существования на суше всего живого.[ ...]
Иными словами, первичное радиационное поражение резко изменяет (уменьшает) генетическую устойчивость организма. Следовательно, оценивать размеры генетического поражения организмов при низких интенсивностях облучения на основе линейной экстраполяции из области высоких доз неправомерно, поскольку выход генетических изменений на единицу дозы имеет сложную зависимость от интенсивности облучения. Установлено, что в районах с повышенным уровнем ионизирующих излучений, сформированным выходом радиоактивных элементов на поверхность земли, поражаются многие представители биоценоза при относительно малых мощностях доз хронического облучения. Повышенная радиоустойчивость хронически облучаемых популяций при дополнительном остром облучении говорит о том, что происходит радиоадаптация популяций, обитающих в этих местах. При этом на выход индуцированных ионизирующими излучениями мутаций влияют генотипические различия организмов, которые обязательно имеют место как внутри популяций, так и, особенно, между популяциями, поэтому возникающие наследственные изменения в природных условиях будут подвергаться естественному отбору. В конечном итоге должно наступить равновесие между мутагенным давлением ионизирующего излучения и давлением отбора. Механизм процесса «доза - эффект» в любом случае являет-Ся Результатом двух в значительной мере противоположно направленных процессов: образования первичных повреждений и их репарации (восстановления), при этом последний процесс может сильно модифицироваться как условиями окружающей среды и Физиологическим состоянием организма, так и различными их сованиями.
Спонтанные – это мутации, которые возникают самопроизвольно, без участия со стороны экспериментатора.
Индуцированные – это те мутации, которые вызваны искусственно, с использованием различных факторов мутагенеза.
Процесс образования мутаций называется мутагенезом , а факторы, вызывающие мутации – мутагенами .
Мутагенные факторы подразделяются на:
- физические,
- химические,
- биологические.
Причины спонтанных мутаций не совсем ясны. Раньше считали, что их вызывает естественный фон ионизирующих излучений. Однако оказалось, что это не так. Например, у дрозофилы естественный радиационный фон вызывает не более 0,1% спонтанных мутаций. С возрастом последствия от воздействия естественного радиационного фона могут накапливаться, и у человека от 10 до 25% спонтанных мутаций связаны с этим.
Второй причиной спонтанных мутаций являются случайные повреждения хромосом и генов во время деления клетки и репликации ДНК вследствие случайных ошибок в функционировании молекулярных механизмов.
Третьей причиной спонтанных мутаций является перемещение по геному мобильных элементов , которые могут внедриться в любой ген и вызвать в нем мутацию.
Американский генетик М. Грин показал, что около 80% мутаций, которые были открыты как спонтанные, возникли в результате перемещения мобильных элементов.
Индуцированнные мутации впервые обнаружили в 1925 г. Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов в СССР. Они облучали рентгеновскими лучами культуры плесневых грибов Mucor genevensis и получили расщепление культуры «на две формы или расы, отличающиеся не только друг от друга, но и от исходной (нормальной) формы». Мутанты оказались стабильными, так как после восьми последовательных пересевов сохраняли приобретенные свойства.
В 1927 г. Г. Мёллер сообщил о действии рентгеновских лучей на мутационный процесс у дрозофилы и предложил количественный метод учета рецессивных летальных мутаций в Х-хромосоме (ClB), который стал классическим.
В 1946 г. Мёллеру была присуждена Нобелевская премия за открытие радиационного мутагенеза.
В настоящее время установлено, что практически все виды излучений (в том числе ионизирующая радиация всех видов – a, b, g; УФ-лучи, инфракрасные лучи) вызывают мутации. Их называют физическими мутагенами .
Основные механизмы их действия:
- нарушение структуры генов и хромосом за счет прямого действия на молекулы ДНК и белков;
- образование свободных радикалов, которые вступают в химическое взаимодействие с ДНК;
- разрывы нитей веретена деления;
- образование димеров (тиминовых).
К химическим мутагенам относят:
- природные органические и неорганические вещества;
- продукты промышленной переработки природных соединений – угля, нефти;
- синтетические вещества, ранее не встречавшиеся в природе (пестициды, инсектициды и т.д.);
- некоторые метаболиты организма человека и животных.
Химические мутагены вызывают преимущественно генные мутации и действуют в период репликации ДНК.
Механизмы их действия:
- модификация структуры оснований (гидроксилирование, дезаминирование, алкилирование);
- замена азотистых оснований их аналогами;
- ингибиция синтеза предшественников нуклеиновых кислот.
К биологическим мутагенам относятся:
- вирусы (краснухи, кори и др.);
- невирусные инфекционные агенты (бактерии, риккетсии, простейшие, гельминты);
- мобильные генетические элементы.
Механизмы их действия:
Индуцированный мутагенез , начиная с конца 20-х годов XX века, используют для селекции новых штаммов, пород и сортов. Наибольшие успехи достигнуты в селекции штаммов бактерий и грибков – продуцентов антибиотиков и других биологически активных веществ.
Так, удалось повысить активность продуцентов антибиотиков в 10-20 раз, что позволило значительно увеличить производство соответствующих антибиотиков и резко снизило их стоимость.
Использование мутаций карликовости у пшеницы позволило в 60-70 годах резко увеличить урожай зерновых культур, что было названо «зеленой революцией». Пшеница карликовых сортов имеет укороченный толстый стебель, устойчивый к полеганию, он выдерживает повышенную нагрузку от более крупного колоса. Использование этих сортов позволило существенно увеличить урожаи (в некоторых странах в несколько раз).
Генные (точковые) мутации связаны с относительно небольшими изменениями последовательностей нуклеотидов. Генные мутации подразделяются на изменения структурных генов и изменения регуляторных генов.