Mutačná variácia je výsledkom mutácií.
Mutácia(z latinského „mutazio“ – zmena, zmena) – dedičná zmena genotypu (ide o zmenu dedičného materiálu, ktorá vedie k vzniku nových znakov organizmu, ktoré sa môžu prenášať na ďalšiu generáciu. Termín „mutácia ” zaviedol do vedy v roku 1901 holandský genetik G. de Fries, ktorý opísal spontánne mutácie v rastlinách. Mutácie sú trvalé zmeny postihujúce oba celé chromozómy, ich časti, jednotlivé gény. Mutácie sú najčastejšie malé, sotva badateľné odchýlky od norma.
Darwin nazval dedičnú variabilitu neurčitou (individuálnou), pričom zdôraznil jej náhodný a pomerne zriedkavý charakter.
Mutácie sú zdrojom genetickej diverzity a predstavujú rezervu dedičnej variability.
Klasifikácia mutácií
1. Podľa povahy prejavu:
prejavy sú dominantné a recesívne. Mutácie často znižujú životaschopnosť alebo plodnosť. Mutácie, ktoré výrazne znižujú životaschopnosť, čiastočne alebo úplne zastavujú vývoj, sa nazývajú polosmrteľný a nezlučiteľné so životom - smrteľné.
2. Podľa miesta výskytu:
Mutácia, ktorá vznikla v zárodočných bunkách, neovplyvňuje vlastnosti tohto organizmu, ale prejavuje sa až v ďalšej generácii. Takéto mutácie sa nazývajú generatívny. Ak sa v somatických bunkách zmenia gény, takéto mutácie sa v tomto organizme objavia a pri pohlavnom rozmnožovaní sa neprenášajú na potomkov. Ale pri nepohlavnom rozmnožovaní, ak sa organizmus vyvinie z bunky alebo skupiny buniek, ktorá má zmenený – zmutovaný – gén, môžu sa mutácie preniesť na potomstvo. Takéto mutácie sa nazývajú somatická.
3. Podľa úrovne výskytu:
Génové mutácie- zmena štruktúry jedného génu. Ide o zmenu v sekvencii nukleotidov: vypadnutie, inzercia, nahradenie atď. Napríklad nahradenie A za T. Príčiny - porušenia počas zdvojenia (replikácie) DNA. Príklady: kosáčikovitá anémia, fenylketonúria.
Chromozomálne mutácie– zmena štruktúry chromozómov: strata segmentu, zdvojenie segmentu, otočenie segmentu o 180 stupňov, presun segmentu na iný (nehomologický) chromozóm atď. Príčiny - priestupky pri prechode. Príklad: syndróm mačacieho plaču.
Genomické mutácie- zmena počtu chromozómov. Príčiny - porušenie v divergencii chromozómov. V závislosti od povahy zmeny v počte chromozómov existujú:
- polyploidia– viacnásobné zmeny (niekoľkokrát, napr. 12 → 24). U zvierat sa nevyskytuje, u rastlín vedie k zväčšeniu veľkosti.
- Aneuploidia- zmeny na jednom alebo dvoch chromozómoch. Napríklad jeden dvadsiaty prvý chromozóm navyše vedie k Downovmu syndrómu (zatiaľ čo celkový počet chromozómov je 47).
V závislosti od povahy zmeny v počte chromozómov existujú:
Spontánne mutácie- vyskytujú sa za normálnych podmienok života, závisia od vonkajších a vnútorných faktorov, vyskytujú sa v somatických a generatívnych bunkách .
indukované mutácie - ide o umelú produkciu mutácií pomocou mutagénov rôzneho charakteru. Prvýkrát schopnosť ionizujúceho žiarenia spôsobovať mutácie objavil G.A. Nadson a G.S. Filippov. V roku 1927 americký vedec Joseph Muller dokázal, že frekvencia mutácií sa zvyšuje so zvyšujúcou sa expozičnou dávkou. Vedci sa domnievajú, že skutočnosť, že mutácie sú dedičné, vyvoláva určité obavy, pretože to môže zvýšiť riziko vzniku rakoviny. Mutantný gén chráni Aziatov pred alkoholizmom. Prečo je percento alkoholikov v ázijských krajinách oveľa nižšie ako v krajinách, kde hlavnú časť populácie tvorí takzvaná biela populácia.
Faktory prostredia, ktoré spôsobujú mutácie, sú tzv – mutagény.
Rozlíšiť:
Fyzikálne mutagény
- ionizujúce a ultrafialové žiarenie;
Príliš vysoká alebo nízka teplota;
Chemické mutagény
Dusičnany, dusitany, pesticídy, nikotín, metanol, benzpyrén.
Niektoré potravinárske prísady, ako sú aromatické uhľovodíky;
Produkty na rafináciu ropy;
organické rozpúšťadlá;
Lieky, ortuťové prípravky, imunosupresíva.
Biologické mutagény
Niektoré vírusy (osýpky, rubeola, chrípka)
Metabolické produkty (produkty oxidácie lipidov );
Vlastnosti mutácie:
- mutácie sú dedičné, t.j. sa odovzdávajú z generácie na generáciu.
- mutácie vznikajú náhle (spontánne), nesmerovo.
- mutácie nie sú nasmerované – ktorýkoľvek lokus môže zmutovať, čo spôsobí zmeny v malých aj vitálnych znakoch v akomkoľvek smere.
- rovnaké mutácie sa môžu vyskytovať opakovane.
- mutácie sú individuálne, t.j. vyskytujú u jednotlivých jedincov.
- mutácie môžu byť prospešné, škodlivé, neutrálne; dominantné a recesívne.
Význam mutácií
Slúžia ako rezerva dedičnej variability (sú v populácii uložené v latentne recesívnej forme), sú materiálom pre evolúciu.
Príčina mnohých dedičných chorôb a deformácií.
Indukované mutácie „dodávajú“ materiál pre umelú selekciu a selekciu.
MUTAGENÉZA- procesy-reakcie v genetickom aparáte biologického objektu, pri ktorých dochádza k zmenám v štruktúre génov, ktoré sa dedia. Takéto zmeny môžu ovplyvniť jednotlivé nukleotidy alebo ich skupiny, v niektorých prípadoch sprevádzané zmenami v morfológii chromozómov. Zmeny len v jednom nukleotide, ktorý je súčasťou tripletu, vedú k vytvoreniu ďalšej aminokyseliny, ktorá je súčasťou proteínu a môžu viesť k zmene zodpovedajúceho znaku.
Mutagenézu možno zhruba rozdeliť na spontánna keď sa mutácie vyskytujú za "normálnych" rastových podmienok, a vyvolané v dôsledku použitia fyzikálnych alebo chemických mutagénov.
Spontánna mutagenéza závisí od vonkajších a vnútorných faktorov (biologických, chemických, fyzikálnych). Spontánne mutácie sa vyskytujú u ľudí v somatických a generatívnych tkanivách. Metóda určovania spontánnych mutácií je založená na skutočnosti, že u detí sa objavuje dominantná vlastnosť, hoci ju rodičia nemajú. Počas spontánnej mutagenézy môžu nastať všetky typy dedičných zmien, ktoré sú pozorované pri indukovanej mutagenéze: nahradenie párov adenín-tymín alebo častejšie guanín-cytozín, nesúlad dvoch purínov alebo dvoch pyrimidínov, delécie, inklúzie a iné zmeny. Každý biologický objekt je charakterizovaný určitým pozadím spontánnych mutácií, ktoré ovplyvňujú určité genetické znaky s rôznymi frekvenciami.
indukovaná mutagenéza- ide o umelé získavanie mutácií pomocou mutagénov rôzneho charakteru. Prvýkrát schopnosť ionizujúceho žiarenia spôsobovať mutácie objavil G.A. Nadson a G.S. Filippov. Potom sa vykonaním rozsiahleho výskumu zistila rádiobiologická závislosť mutácií. V roku 1927 americký vedec Joseph Muller dokázal, že frekvencia mutácií sa zvyšuje so zvyšujúcou sa expozičnou dávkou. Koncom štyridsiatych rokov bola objavená existencia silných chemických mutagénov, ktoré spôsobovali vážne poškodenie ľudskej DNA pre množstvo vírusov. Jedným z príkladov vplyvu mutagénov na človeka je endomitóza – zdvojenie chromozómov s následným delením centromér, avšak bez segregácie chromozómov.
indukovaná mutagenéza- ide o umelé získavanie mutácií pomocou mutagénov rôzneho charakteru. Prvýkrát schopnosť ionizujúceho žiarenia spôsobovať mutácie objavil G.A. Nadson a G.S. Filippov. Potom sa vykonaním rozsiahleho výskumu zistila rádiobiologická závislosť mutácií. V roku 1927 americký vedec Joseph Muller dokázal, že frekvencia mutácií sa zvyšuje so zvyšujúcou sa expozičnou dávkou. Koncom štyridsiatych rokov bola objavená existencia silných chemických mutagénov, ktoré spôsobovali vážne poškodenie ľudskej DNA pre množstvo vírusov.
Jedným z príkladov vplyvu mutagénov na ľudí je endomitóza- zdvojenie chromozómov s následným delením centromér, avšak bez divergencie chromozómov.
Úloha genotypu a prostredia pri prejavoch znakov.
Spočiatku bol vývoj genetiky sprevádzaný myšlienkou smrteľnosti vplyvu dedičnosti na štruktúru, funkciu a psychologické vlastnosti človeka.
Od konca 19. storočia však mnohí výskumníci zaznamenali, že vlastnosti akéhokoľvek organizmu sa môžu meniť pod vplyvom podmienok prostredia. Ešte v roku 1934 profesor S.N. Davidenkov publikoval prácu „Problémy polymorfizmu dedičných chorôb nervového systému“, v ktorej zdôraznil, že variabilita priebehu týchto chorôb môže byť spôsobená vplyvom ako iných génov, tak aj vonkajšieho prostredia. Aj syntéza jedného proteínu je zložitý a viacstupňový proces, ktorý je regulovaný vo všetkých štádiách (transkripcia, spracovanie, transport RNA z jadra, translácia, tvorba sekundárnych, terciárnych a kvartérnych štruktúr). Okrem toho, čas, množstvo, rýchlosť a miesto jeho vzniku sú určené mnohými rôznymi genetickými a environmentálnymi faktormi. Integrálny organizmus, ktorý zahŕňa veľké množstvo rôznych proteínov, funguje ako jeden systém, v ktorom vývoj niektorých štruktúr závisí od funkcie iných a potreby prispôsobiť sa meniacim sa podmienkam prostredia.
Takže napríklad patologické zmeny v géne, ktorý riadi enzým fenylalanínhydroxylázu, vedú k narušeniu metabolizmu aminokyseliny feyylalanínu. Výsledkom je, že fenylalanín dodávaný s bielkovinami v potravinových produktoch sa hromadí v tele osoby, ktorá je homozygotná pre abnormálny gén, ktorý spôsobuje poškodenie nervového systému. Ale špeciálna strava, ktorá obmedzuje príjem tejto aminokyseliny z potravy, zabezpečuje normálny vývoj dieťaťa. Faktor prostredia (v tomto prípade strava) teda mení fenotypový efekt génu, v ktorom ľudské telo existuje, môže modifikovať deterministické vlastnosti. Napríklad rast dieťaťa riadi množstvo párov normálnych génov, ktoré regulujú metabolizmus hormónov, minerálov, trávenie atď. Ale aj keď je vysoký rast spočiatku daný geneticky a človek žije v zlých podmienkach (nedostatok slnka, vzduchu, podvýživa), vedie to k nízkemu vzrastu. Úroveň inteligencie bude vyššia u človeka, ktorý získal dobré vzdelanie, ako u dieťaťa, ktoré bolo vychované v zlých sociálnych podmienkach a nemohlo sa učiť.
Vývoj akéhokoľvek organizmu teda závisí od genotypu aj od faktorov prostredia. To znamená, že podobný genotyp u dvoch jedincov neposkytuje jednoznačne identický fenotyp, ak sa tieto jedince vyvíjajú v rôznych podmienkach.
Len genotyp alebo iba faktory prostredia nemôžu určiť formovanie fenotypových charakteristík žiadneho znaku. Takže napríklad nie je možné určiť úroveň inteligencie človeka, ktorý nebol v kontakte s environmentálnymi faktormi - takí ľudia neexistujú.
Dôležitou úlohou genetiky je objasniť úlohu dedičných a environmentálnych faktorov pri formovaní určitého znaku. V skutočnosti je potrebné posúdiť, do akej miery sú kvantitatívne charakteristiky organizmu určené genetickou variabilitou (t. j. genetickými rozdielmi medzi jednotlivcami) alebo variabilitou prostredia (t. j. rozdielmi vonkajších faktorov). Na kvantifikáciu týchto účinkov zaviedol americký genetik J. Lash termín „dedičnosť“.
Dedičnosť odráža príspevok genetických faktorov k fenotypovému prejavu konkrétneho znaku. Tento ukazovateľ môže mať hodnotu v rozmedzí od 0 do 1 (0-100%). Čím nižšia je úroveň dedičnosti, tým menšia je úloha genotypu vo variabilite tohto znaku. Ak sa dedičnosť blíži k 100 %, potom je fenotypová variabilita znaku takmer úplne určená dedičnými faktormi.
Doteraz sme hovorili o spontánnych mutáciách, t.j. vyskytujúce sa bez známej príčiny. Výskyt mutácií je pravdepodobnostný proces, a preto existuje súbor faktorov, ktoré ovplyvňujú a menia tieto pravdepodobnosti. Faktory, ktoré spôsobujú mutácie, sa nazývajú mutagény a proces zmeny pravdepodobnosti výskytu mutácie sa nazýva indukovaný. Mutácie, ktoré vznikajú pod vplyvom mutagénov, sa nazývajú indukované mutácie.
V dnešnej technologicky sofistikovanej spoločnosti sú ľudia vystavení širokému spektru mutagénov, takže štúdium indukovaných mutácií je čoraz dôležitejšie.
Fyzikálne mutagény zahŕňajú všetky typy ionizujúceho žiarenia (gama a röntgenové žiarenie, protóny, neutróny atď.), ultrafialové žiarenie, vysoké a nízke teploty; k chemickým - mnohé alkylačné zlúčeniny, analógy dusíkatých báz nukleových kyselín, niektoré biopolyméry (napríklad cudzorodá DNA a RNA), alkaloidy a mnohé iné chemické látky. Niektoré mutagény zvyšujú rýchlosť mutácie stokrát.
Medzi najviac študované mutagény patrí vysokoenergetické žiarenie a niektoré chemikálie. Žiarenie spôsobuje také zmeny v ľudskom genóme, ako sú chromozomálne aberácie a strata nukleotidových báz. Frekvencia výskytu mutácií zárodočných buniek indukovaných žiarením závisí od pohlavia a štádia vývoja zárodočných buniek. Nezrelé pohlavné bunky mutujú častejšie ako zrelé; ženské pohlavné bunky sú menej časté ako mužské. Okrem toho frekvencia mutácií vyvolaných žiarením závisí od podmienok a dávky žiarenia.
Somatické mutácie vyplývajúce z ožiarenia sú hlavnou hrozbou pre populáciu, pretože objavenie sa takýchto mutácií je často prvým krokom pri tvorbe rakovinových nádorov. Jeden z najdramatickejších následkov černobyľskej havárie je teda spojený s nárastom výskytu rôznych druhov rakoviny. Napríklad v regióne Gomel bol zistený prudký nárast počtu detí s rakovinou štítnej žľazy. Podľa niektorých správ sa dnes frekvencia tohto ochorenia v porovnaní s predúrazovou situáciou zvýšila 20-krát.
Začiatkom 50. rokov 20. storočia bola objavená možnosť spomaliť alebo utlmiť rýchlosť mutácie pomocou určitých látok. Takéto látky sa nazývajú antimutagény. Izolovalo sa asi 200 prírodných a syntetických zlúčenín s antimutagénnou aktivitou: niektoré aminokyseliny (arginín, histidín, metianín), vitamíny (tokoferol, kyselina askorbová, retinol, karotén), enzýmy (peroxidáza, NADP-oxidáza, kataláza atď.), komplexné zlúčeniny rastlinného a živočíšneho pôvodu, farmakologické látky (interferón, oxypyridíny, soli selénu atď.).
Odhaduje sa, že s jedlom človek denne prijme niekoľko gramov látok, ktoré môžu spôsobiť genetické poruchy. Takéto množstvá mutagénov by mali spôsobiť značné poškodenie v ľudských dedičných štruktúrach. Ale to sa nestane, pretože potravinové antimutagény neutralizujú účinky mutagénov. Pomer antimutagénov a mutagénov vo výrobkoch závisí od spôsobu prípravy, konzervácie a trvanlivosti. Antimutagény nie sú len zložky, ale aj potravinové produkty vo všeobecnosti: extrakty z rôznych druhov kapusty znižujú úroveň mutácií 8-10-krát, jablkový extrakt - 8-krát, hrozno - 4-krát, baklažán - 7-krát, zelené korenie - o 10 a list mäty - 11-krát. Z liečivých bylín bol zaznamenaný antimutagénny účinok ľubovníka bodkovaného.
Otázky na diskusiu:
1. Oblasť génu kódujúceho polypeptid má normálne nasledujúce poradie báz: AAGSAAASAATTAGTAATGAAGCAACCC. Aké zmeny nastanú v proteíne, ak sa počas replikácie objaví tymínová inzercia medzi druhým a tretím nukleotidom v šiestom kodóne?
2. Na mieste génu kódujúceho polypeptid je sekvencia nukleotidových báz nasledovná: GAACGATTTCGGCCAG. V mieste druhého – siedmeho nukleotidu došlo k inverzii. Určte štruktúru polypeptidového reťazca v normálnej a po mutácii.
Indukované mutácie sú tie, ktoré sa vyskytujú po ošetrení buniek (organizmov) mutagénnymi faktormi. Existujú fyzikálne, chemické a biologické mutagénne faktory. Väčšina týchto faktorov buď priamo reaguje s dusíkatými bázami v molekulách DNA, alebo sú zahrnuté v nukleotidových sekvenciách.[ ...]
Indukovaná mutagenéza môže výrazne zvýšiť frekvenciu mutácií, to znamená zvýšiť dedičnú variabilitu vybraného materiálu. Hlavným účelom jeho využitia v chove rýb je zvýšenie genetickej variability v dôsledku nových (indukovaných), vrátane prospešných, mutácií.[ ...]
Mutácie sú náhle, prirodzené (spontánne) alebo spôsobené umelými (indukovanými) zdedenými zmenami v genetickom materiáli, ktoré vedú k zmene určitých znakov organizmu.[ ...]
K indukovaným mutáciám dochádza v dôsledku narušenia normálnych procesov reduplikácie, rekombinácie, opravy alebo divergencie nosičov genetickej informácie spôsobených pôsobením mutagénov.[ ...]
Mutácie sú zmeny v génovom aparáte bunky, ktoré sú sprevádzané zmenami znakov riadených týmito génmi. Existujú makro- a mikropoškodenia DNA, čo vedie k zmene vlastností bunky. Makrozmeny, a to: strata úseku DNA (delenie), pohyb samostatného úseku (translokácia) alebo otočenie určitého úseku molekuly o 180° (inverzia) - u baktérií sú pozorované pomerne zriedkavo Mikropoškodenia, príp. bodové mutácie, tj., sú pre ne oveľa charakteristické.kvalitatívne zmeny v jednotlivých génoch, napríklad nahradenie páru dusíkatých báz. Mutácie môžu byť priame a reverzné alebo reverzné. Priame mutácie sú organizmy divokého typu, napríklad strata schopnosti nezávisle syntetizovať rastové faktory, t. j. prechod z prototrofie na auxotrofiu. Spätné mutácie predstavujú návrat alebo reverziu k divokému typu. Schopnosť vrátiť sa je charakteristická pre bodové mutácie. V dôsledku mutácií sa menia také dôležité vlastnosti, ako je schopnosť nezávisle syntetizovať aminokyseliny a vitamíny (auxotrofné mutanty) a schopnosť vytvárať enzýmy. Tieto mutácie sa nazývajú biochemické. Mutácie vedúce k zmenám citlivosti na antibiotiká a iné antimikrobiálne látky sú tiež dobre známe. Podľa pôvodu sa mutácie delia na spontánne a indukované. Spontánne sa vyskytujú spontánne bez ľudského zásahu a sú náhodné. Frekvencia takýchto mutácií je veľmi nízka a pohybuje sa od 1 X 10-4 do 1 X 10-10. K indukovaným dochádza, keď sú mikroorganizmy vystavené fyzikálnym alebo chemickým mutagénnym faktorom. Medzi fyzikálne faktory, ktoré majú mutagénny účinok, patrí ultrafialové a ionizujúce žiarenie, ako aj teplota. Chemické mutagény sú mnohé zlúčeniny a medzi nimi sú najaktívnejšie takzvané supermutagény. V prirodzených a experimentálnych podmienkach môže dôjsť k zmenám v zložení bakteriálnych populácií v dôsledku pôsobenia dvoch faktorov – mutácií a autoselekcie, ku ktorej dochádza v dôsledku adaptácie niektorých mutantov na podmienky prostredia. Takýto proces je evidentne pozorovaný v prostredí, kde prevládajúcim zdrojom výživy je syntetická látka, ako napríklad povrchovo aktívna látka alebo kaprolaktám.[ ...]
Frekvencia indukovaných mutácií sa stanoví porovnaním buniek alebo populácií organizmov ošetrených a neošetrených mutagénom. Ak sa frekvencia mutácií v populácii v dôsledku liečby mutagénom zvýši 100-krát, potom sa predpokladá, že iba jeden mutant v populácii bude spontánny, zvyšok bude indukovaný.[ ...]
Produktivita indukovaných mutantov sa tiež značne líši, avšak vždy zostáva na nižšej úrovni ako produktivita typického kmeňa TMV. Niektoré z indukovaných mutantov spôsobujú ťažké formy ochorenia, ale v monade nebola stanovená žiadna korelácia medzi závažnosťou symptómov a produktivitou vírusu. Intenzita reprodukcie tohto mutanta počas následných pasáží je celkom konštantná, na základe čoho možno usúdiť, že produktivita je geneticky stabilná vlastnosť kmeňa. Mutácie vyvolané vystavením chemikáliám pomerne často viedli k schopnosti vírusu spôsobiť závažnejšie formy ochorenia a veľmi zriedkavo (ak vôbec) k zvýšeniu produktivity. Cassaiis (osobná komunikácia) izolované z typickej kultúry kmeňov TMV, ktoré spôsobujú pomaly sa šíriace svetložlté lokálne lézie (zvyčajne bez následnej systémovej infekcie) na listoch rastlín tabaku White Barley (foto 73). Takéto kmene je veľmi ťažké udržať v laboratóriu a nikdy neprežijú v prirodzených podmienkach.[ ...]
Metóda chemicky indukovanej mutagenézy sa používala napríklad pri práci s kazašským kaprom. Tieto zlúčeniny selektívne pôsobiace na DNA chromozómov ju poškodzujú, čo môže viesť k mutáciám.[ ...]
Spontánne sú tie mutácie, ktoré sa vyskytujú v organizmoch za normálnych (prirodzených) podmienok na prvý pohľad bez zjavnej príčiny, zatiaľ čo indukované mutácie sú tie, ktoré vznikajú v dôsledku pôsobenia mutagénnych faktorov na bunky (organizmy). Hlavný rozdiel medzi spontánnymi a indukovanými mutáciami je v tom, že mutácia sa môže vyskytnúť v akomkoľvek období individuálneho vývoja. Čo sa týka náhodného charakteru mutácií v priestore, znamená to, že spontánna mutácia môže ľubovoľne ovplyvniť ktorýkoľvek chromozóm alebo gén.[ ...]
Dlho sa verilo, že spontánne mutácie sú bezpríčinné, ale teraz existujú iné myšlienky na túto tému, ktoré sa scvrkávajú na skutočnosť, že spontánne mutácie nie sú bezpríčinné, že sú výsledkom prirodzených procesov vyskytujúcich sa v bunkách. Vznikajú v podmienkach prirodzeného rádioaktívneho pozadia Zeme vo forme kozmického žiarenia, rádioaktívnych prvkov na povrchu Zeme, rádionuklidov zabudovaných do buniek organizmov, ktoré tieto mutácie spôsobujú, alebo v dôsledku chýb replikácie DNA. Faktory v prirodzenom rádioaktívnom pozadí Zeme spôsobujú zmeny v poradí báz alebo poškodenie báz, podobne ako v prípade indukovaných mutácií (pozri nižšie).[ ...]
Takmer všetky chemicky indukované mutanty TMV uvedené v tejto kapitole možno považovať za defektné v tom zmysle, že počas reprodukcie produkujú menej vírusových častíc ako rodičovský kmeň. Tieto mutanty sa použili na štúdium, pretože bolo možné izolovať štruktúrny proteín z výsledných častíc na štúdium substitúcií aminokyselín. Asi 2/1 mutantov identifikovaných symptómami ochorenia neobsahovali žiadne zmeny v štruktúrnom proteíne. Dôvod zníženej produktivity mnohých mutantných kmeňov nie je známy. Je celkom možné, že v RNA kodimeráze alebo inom vírusovo špecifickom enzýme dôjde k substitúcii jednej alebo druhej aminokyseliny, čo vedie k zníženiu funkčnej aktivity enzýmu a v dôsledku toho k zníženiu výťažku vírusu. . Mutácia vedúca k syntéze i-polymerázy, ktorá reprodukuje vošky, musí byť smrteľná, keďže v tomto prípade ide o vírusovú RNA. sa nesyntetizuje, ale mutácia, ktorá naruší funkciu štrukturálneho proteínu, nemusí byť smrteľná, ak sa vírusová RNA nejakým spôsobom zachová vo vnútri bunky. Bolo izolovaných niekoľko mutantov tohto druhu.[ ...]
Podľa pôvodu sa rozlišujú spontánne a indukované génové a chromozómové mutácie, ktoré sa vyskytujú v organizmoch bez ohľadu na úroveň ich organizácie.[ ...]
Povaha a mechanizmy opravy poškodenia sú najviac študované v prípade poškodenia vyvolaného UV žiarením. Bunky reagujú na UV žiarenie poškodzovaním ich DNA, z ktorých hlavnými sú fotochemické zmeny pyrimidínových báz, ktoré sa menia na pyrimidínové diméry, najmä tymínové diméry. Posledne menované sú tvorené kovalentnou väzbou susedných tymínových báz v rovnakom reťazci molekuly pridaním uhlíka jedného tymínu k uhlíku druhého tymínu. Dimerizácia ohraničujúcich báz v géne je sprevádzaná inhibíciou transkripcie a replikácie DNA. Vedie to aj k mutáciám. V dôsledku toho môže bunka zomrieť alebo podstúpiť malignitu.[ ...]
Ďalej G. A. Nadson poznamenáva, že v roku 1920 objavil premenlivosť mikróbov pod vplyvom rádia a röntgenových lúčov, ku ktorej dochádza náhle. Tieto kŕčovité zmeny sú dedičné a aby ich autor odlíšil od mutácií rastlín a živočíchov, navrhol ich nazvať saltáciami (z latinského saltus – skok). Tento termín sa v literatúre neudržal a fenomén náhlej dedičnej variability mikroorganizmov sa považuje za mutačnú variabilitu. Mutanty, ktoré vznikli vplyvom ošetrenia kultúry ožiarením alebo chemickými činidlami, patria do kategórie indukovaných mutantov, na rozdiel od tých, ktoré vznikajú prirodzene, keď sa neberie do úvahy pôsobenie prostredia.[ ...]
Podáva sa veľa nových a zaujímavých vecí, najmä o mechanizme fotoperiodizmu a jeho praktickom využití, o vlastnostiach pôsobenia a aplikácii endogénnych a syntetických regulátorov rastu a plodenia, o teoretických otázkach genetiky a selekcie a praktickej použitie heterózy, polyploidie, indukovaných mutácií.[ ...]
Maximálne množstvo ozónu (koncentrácia asi 7 miliónov") sa nachádza vo vzdialenosti 20-25 km od. povrchu zeme. Absorpcia energie ozónovou vrstvou výrazne ovplyvňuje ukladanie energie v spodnej atmosfére a výrazne bráni vertikálnej konvekcii vzduchu. Ozónová vrstva je teda veľmi aktívnou inverznou oblasťou. Význam ozónovej vrstvy v živote Zeme je o to väčší, že pre ozónovú vrstvu je maximálna absorpcia UV žiarenia (254 nm) veľmi blízka absorpcii DNA (260 nm). Všimnite si, že DNA je nositeľom genetickej informácie všetkého živého. Ozón chráni DNA pred biochemickými zmenami vyvolanými UV žiarením, ktoré spôsobujú mutácie. V priebehu vývoja Zeme sa živé bytosti mohli presunúť z morí (ktoré tiež absorbujú UV žiarenie) na pevninu, až keď sa nad zemou objavila prvá ozónová vrstva. Stratosférická ozónová vrstva nad Zemou by sa teda mala považovať za nevyhnutný predpoklad existencie všetkého života na súši.[ ...]
Inými slovami, primárne radiačné poškodenie dramaticky mení (znižuje) genetickú stabilitu organizmu. Preto je nerozumné odhadovať rozsah genetického poškodenia organizmov pri nízkych intenzitách ožiarenia na základe lineárnej extrapolácie z oblasti vysokých dávok, keďže výťažnosť genetických zmien na dávkovú jednotku má komplexnú závislosť od intenzity ožiarenia. Zistilo sa, že v oblastiach so zvýšenou úrovňou ionizujúceho žiarenia, ktoré vzniká uvoľňovaním rádioaktívnych prvkov na zemský povrch, sú mnohí predstavitelia biocenózy zasiahnutí relatívne nízkymi dávkovými príkonmi chronickej expozície. Zvýšená rádiorezistencia chronicky exponovaných populácií s dodatočnou akútnou expozíciou naznačuje, že prebieha rádioadaptácia populácie žijúcej v týchto oblastiach. Výťažok mutácií vyvolaných ionizujúcim žiarením je zároveň ovplyvňovaný genotypovými rozdielmi organizmov, ktoré nevyhnutne prebiehajú tak v rámci populácií, ako aj najmä medzi populáciami, preto výsledné dedičné zmeny prírodných podmienok budú podliehať prirodzenému výber. V konečnom dôsledku musí byť dosiahnutá rovnováha medzi mutagénnym tlakom ionizujúceho žiarenia a selekčným tlakom. Mechanizmus procesu „dávka-účinok“ je v každom prípade výsledkom dvoch do značnej miery opačne zameraných procesov: vzniku primárneho poškodenia a jeho nápravy (obnovy), pričom druhý proces môže byť značne modifikovaný tak podmienkami prostredia, ako aj fyziologickými podmienkami. stav tela a ich rôzne prejavy.
Spontánna - ide o mutácie, ktoré vznikajú spontánne, bez účasti experimentátora.
vyvolané - ide o mutácie, ktoré sú spôsobené umelo, pomocou rôznych mutagenéznych faktorov.
Proces tvorby mutácií je tzv mutagenéza a faktory, ktoré spôsobujú mutácie, sú mutagény.
Mutagénne faktory sa delia na:
- fyzický,
- chemický,
- biologické.
Príčiny spontánnych mutácií nie sú úplne jasné. Predtým sa verilo, že sú spôsobené prirodzeným pozadím ionizujúceho žiarenia. Ukázalo sa však, že to tak nie je. Napríklad u Drosophila prirodzené žiarenie na pozadí nespôsobuje viac ako 0,1 % spontánnych mutácií. S vekom sa účinky vystavenia prirodzenému žiareniu pozadia môžu kumulovať a u ľudí je s tým spojených 10 až 25 % spontánnych mutácií.
Druhým dôvodom spontánnych mutácií je náhodné poškodenie chromozómov a génov pri delení buniek a replikácii DNA v dôsledku náhodných chýb vo fungovaní molekulárnych mechanizmov.
Tretím dôvodom spontánnych mutácií je pohyb cez genóm mobilných prvkov, ktorý môže byť zavedený do akéhokoľvek génu a spôsobiť v ňom mutáciu.
Americký genetik M. Green ukázal, že asi 80 % mutácií, ktoré boli objavené ako spontánne, vzniklo v dôsledku pohybu mobilných prvkov.
indukované mutácie prvýkrát objavil v roku 1925 G.A. Nadson a G.S. Filippov v ZSSR. Ožiarili kultúry plesní Mucor genevensis röntgenovými lúčmi a dosiahli rozdelenie kultúry „na dve formy alebo rasy, líšiace sa nielen od seba, ale aj od pôvodnej (normálnej) formy.“ Mutanty sa ukázali ako stabilné, pretože po ôsmich po sebe nasledujúcich pasážach si zachovali svoje získané vlastnosti.
V roku 1927 G. Möller referoval o vplyve röntgenových lúčov na mutačný proces u Drosophila a navrhol kvantitatívnu metódu účtovania recesívnych letálnych mutácií na X chromozóme (ClB), ktorá sa stala klasikou.
V roku 1946 získal Möller Nobelovu cenu za objav radiačnej mutagenézy.
Teraz sa zistilo, že takmer všetky typy žiarenia (vrátane ionizujúceho žiarenia všetkých typov - a, b, g; UV lúče, infračervené lúče) spôsobujú mutácie. Volajú sa fyzikálne mutagény.
Hlavné mechanizmy ich pôsobenia:
- porušenie štruktúry génov a chromozómov v dôsledku priameho pôsobenia na molekuly DNA a proteínov;
- tvorba voľných radikálov, ktoré vstupujú do chemickej interakcie s DNA;
- prasknutia závitov štiepneho vretena;
- tvorba dimérov (tymín).
TO chemické mutagény zahŕňajú:
- prírodné organické a anorganické látky;
- produkty priemyselného spracovania prírodných zlúčenín - uhlie, ropa;
- syntetické látky, ktoré sa predtým v prírode nenachádzali (pesticídy, insekticídy atď.);
- niektoré metabolity ľudského a zvieracieho tela.
Chemické mutagény spôsobujú prevažne génové mutácie a pôsobia počas replikácie DNA.
Ich mechanizmus účinku:
- modifikácia základnej štruktúry (hydroxylácia, deaminácia, alkylácia);
- nahradenie dusíkatých zásad ich analógmi;
- inhibícia syntézy prekurzorov nukleových kyselín.
TO biologické mutagény týkať sa:
- vírusy (rubeola, osýpky atď.);
- nevírusové infekčné agens (baktérie, rickettsia, prvoky, helminty);
- mobilné genetické prvky.
Ich mechanizmus účinku:
indukovaná mutagenéza, od konca 20. rokov XX storočia, sa používajú na šľachtenie nových kmeňov, plemien a odrôd. Najväčšie úspechy sa dosiahli pri selekcii kmeňov baktérií a húb – producentov antibiotík a iných biologicky aktívnych látok.
Tak bolo možné zvýšiť aktivitu výrobcov antibiotík 10-20 krát, čo umožnilo výrazne zvýšiť produkciu zodpovedajúcich antibiotík a výrazne znížiť ich cenu.
Použitie trpasličích mutácií v pšenici umožnilo dramaticky zvýšiť úrodu obilnín v 60-70 rokoch, čo sa nazývalo „zelená revolúcia“. Odrody trpasličej pšenice majú krátku hrubú stonku, ktorá je odolná proti poliehaniu, znesie aj zvýšenú záťaž z väčšieho klasu. Použitie týchto odrôd umožnilo výrazne zvýšiť výnosy (v niektorých krajinách niekoľkokrát).
Génové (bodové) mutácie spojené s relatívne malými zmenami v nukleotidových sekvenciách. Génové mutácie sa delia na zmeny štruktúrnych génov a zmeny regulačných génov.