Spontán mutációk, előfordulásuk mechanizmusai. Indukált mutációk Példák a spontán mutációkra

Spontán mutáció

Mutációk.

A vírusokat, mint minden élő szervezetet, az öröklődés és a változékonyság jellemzi. Az állati vírusok genetikájának korai kutatása elsősorban a vírusmutánsok összegyűjtését, majd ezt követő genetikai és fiziológiai jellemzését jelentette. A közelmúltban a vírusmutánsokat specifikus eszközként használták a fertőzött sejtben előforduló genetikai és biokémiai események tanulmányozására. Az állati vírusokkal végzett ilyen jellegű munka általában elmaradt a prokarióta rendszerekkel végzett hasonló munka mögött.

Egyes vírusok a mutánsok jelentős részét termelik, ha ismert mutagén hiányában passzálják. Ezek a spontán mutációk felhalmozódnak a vírusgenomokban, és fenotípusos variációhoz vezetnek, amely szelektív nyomásnak van kitéve a vírus evolúciója során.

A spontán mutagenezis sebessége a DNS-genomokban szignifikánsan alacsonyabb (10-8-10-11 minden egyes nukleotid esetében), mint az RNS-genomokban (10-3-10-4 minden egyes nukleotid esetében). A spontán mutációk nagyobb gyakorisága az RNS-genomok replikációjának alacsony hűségéhez kapcsolódik, ami valószínűleg az RNS-replikázok korrekciós aktivitásának hiányára vezethető vissza, ami a DNS-t replikáló enzimekre jellemző. Leggyakrabban spontán mutációkat figyelnek meg a retrovírusokban, ami a reverz transzkripcióban előforduló, önkorrekcióra nem képes kudarcok nagyobb gyakoriságával jár.

Így míg a DNS-vírusok genomja viszonylag stabil, az RNS-vírusokról ez nem mondható el, a genetikusok számára sajnos számos tényező serkenti a genompopuláció egyensúlyának felbomlását, és ezek a tényezők gyakran hozzájárulnak a mutánsok felhalmozódásához a populációban. . A spontán mutagenezis miatt nehéz fenntartani a víruspopuláció homogenitását. Ennek a nehézségnek a megkerülésére a vírusokat időszakonként újraklónozzák, de gyakran mutánsok keletkeznek mind a plakkképződés, mind a vírusnövekedés során, így nehéz lehet genetikailag homogén, magas titerű víruskészítményeket előállítani.

A vírusokban indukált mutációkat különféle kémiai és fizikai mutagének hatására érik el, amelyeket in vivo és in vitro ható mugénekre osztanak.

Az állati víruskutatás során izolált mutánsok többsége mutagénekkel kezelt vad típusú populációkból származik. A mutagéneket általában a mutációk gyakoriságának növelésére használják egy populációban, majd a mutánsokat megfelelő szelektív nyomás alkalmazásával szűrik. A mutagének használatával kapcsolatos fő probléma a megfelelő dózis kiválasztása. Általában kívánatos olyan mutánsok beszerzése, amelyek csak egy mutációban különböznek a vad típustól. Ehhez a szelekciót a mutagén azon legalacsonyabb dózisával végezzük, amely megfelelő gyakoriságú mutációt biztosít a kívánt fenotípussal.

Számos különböző mutagént használtak állati vírusrendszerekben, de ezek mind a mutagenezis mechanizmusa által meghatározott kis számú osztályba tartoznak.

A mutagének egyik osztálya, amelyet általában in vitro mutagéneknek neveznek, a vírusrészecskében lévő nukleinsav kémiai módosításával fejtik ki hatásukat. A salétromsav dezaminálja a bázisokat, elsősorban az adenint, így hipoxantint képez, amely a későbbi replikáció során a citozinnal párosul. A salétromsav adeninre gyakorolt ​​hatása következtében az AT párból a GC párba való átmenet következik be. A salétromsav dezaminálja a citozint is, ami CG->-TA átmenethez vezet. Egy másik in vitro mutagén a hidroxil-amin; specifikusan csak a citozinnal reagál és a CG->-TA átmenetet okozza. A mutagének nagy csoportját in vitro képviselik az alkilezőszerek, amelyek a bázisok számos pozíciójában hatnak. Az alkilezőszerek – nitrozoguanidin, etán-metánszulfonát és metil-metánszulfonát – erős mutagének.

A második osztályba azok az in vivo mutagének tartoznak, amelyek hatásukhoz metabolikusan aktív nukleinsavra van szükség.

Az in vivo mutagének egy csoportja bázisanalógokat tartalmaz, amelyek a szintézis során a normál párosítás szabályai szerint beépülnek a nukleinsavba. Bekapcsolás után ezek az analógok tautomer átmeneteken mennek keresztül, amelyek hatására különböző bázisokkal párosulnak, így átmeneteket és transzverziókat okoznak. A gyakran használt analógok a 2-aminopurin, az 5-bróm-dezoxiuridin és az 5-azacitidin.

Az in vivo mutagének egy másik csoportjába tartoznak az interkaláló ágensek, amelyek beépülnek egy alapverembe, ami inszerciót vagy deléciót eredményez a következő nukleinsavreplikáció során.

Az interkaláló szerek példái az akridin festékek, például a proflavin.

Az ultraibolya fényt néha mutagénként is használják. Az ultraibolya hatás fő termékei a pirimidin dimerek. A DNS-ben a pirimidin dimereket kivágják. Az RNS esetében az ultraibolya mutagenezis mechanizmusa ismeretlen.

A legtöbb mutációnak megvan az a tulajdonsága, hogy visszatér (visszatér) a vad típushoz. Minden mutációnak van egy jellegzetes reverziós frekvenciája, amely pontosan mérhető.

A vírusmutációk osztályozása.

A vírusmutációkat a fenotípus és a genotípus változásai szerint osztályozzák. A fenotípusos megnyilvánulások alapján a vírusmutációkat négy csoportra osztják:

· Fenotípusos megnyilvánulásokkal nem rendelkező mutációk.

· Letális mutációk, pl. teljesen megzavarja a létfontosságú fehérjék szintézisét vagy működését, és a szaporodási képesség elvesztéséhez vezet. Egy mutáció halálos, ha például megzavarja egy létfontosságú vírusspecifikus fehérje, például a víruspolimeráz szintézisét vagy működését.

· Feltételesen letális mutációk, pl. olyan mutációk, amelyek csak bizonyos körülmények között veszítik el egy adott fehérje szintézisének képességét, vagy károsítják annak funkcióját. Egyes esetekben a mutációk feltételesen halálosak, mivel a vírusspecifikus fehérje bizonyos optimális körülmények között megtartja funkcióit, és nem megengedő körülmények között elveszíti ezt a képességét. Az ilyen mutációk tipikus példája a hőmérsékletérzékeny (ts) mutációk, amelyekben a vírus elveszíti szaporodási képességét emelt hőmérsékleten (39-42 °C), és megtartja ezt a képességét normál növekedési hőmérsékleten (36-37 °C).

· Fenotípusos megnyilvánulású mutációk, például az agar bevonat alatti plakkok méretének vagy termostabilitásnak változása, a gazdaspektrum változása, az inhibitorokkal és a kemoterápiával szembeni rezisztencia.

Először 1925-ben fedezték fel a szovjet mikrobiológusok, G.A., az örökletes variabilitás gyakoriságának növekedését külső ágensek hatására. Nadson és G.S. Filippov. Megfigyelték az örökletes formák sokféleségének növekedését - salypants- „rádiumsugárzásnak” való kitettség után az alsóbbrendű gombákon.

1927-ben G. Möller beszámolt a röntgensugárzásnak a Drosophila mutációs folyamatára gyakorolt ​​hatásáról. Egyes vegyületek (jód, ecetsav, ammónia) képesek recesszív letálist indukálni az L kromoszómában. S. M. Gershenzon 1939-ben fedezte fel az exogén DNS erős mutagén hatását Drosophilában. Erőteljes kémiai mutagéneket fedeztek fel 1946-ban. (I.A. Rapoport) a Szovjetunióban és S. Auerbach és J. Robson (nitrogén mustár) Angliában.

Azóta a mutagén faktorok arzenálja számos kémiai vegyületet tartalmaz: bázisok analógjai, amelyek közvetlenül beépülnek a DNS-be, olyan szerek, mint a salétromsav vagy hidroxil-amin, módosító bázisok, a DNS-t alkilező vegyületek (etil-metánszulfonát, metil-metánszulfonát stb.). ), olyan vegyületek, amelyek a DNS-bázisok között interkalálódnak (akridinek és származékaik) stb.

A mutagénekkel együtt antimutagén anyagokat is találtak.

A mutációs folyamat sebességének megváltoztatásának képessége döntő ösztönzőként szolgált a spontán mutációk okainak tisztázására. A spontán mutációk okainak magyarázatára tett első kísérletek egyike arra a feltételezésre vezethető vissza, hogy azokat valójában a radioaktivitás természetes háttere idézte elő. Kiderült azonban, hogy ezzel a módszerrel a Drosophila összes spontán mutációjának csak körülbelül 0,1%-a magyarázható. Az a hipotézis, hogy az atomok hőmozgása a spontán mutációk fő oka, szintén nem igazolódott be. A sejt és a szervezet anyagcseretermékeinek hatásából eredő spontán mutációkat próbálták megmagyarázni.

A spontán mutációk okait vizsgáló modern nézőpont az 1960-as években alakult ki. köszönhetően a gének szaporodási, javítási és rekombinációs mechanizmusainak tanulmányozásának, valamint az e folyamatokért felelős enzimrendszerek felfedezésének. Volt egy tendencia, hogy a génmutációkat a DNS-templát enzimek működésének hibájával magyarázzák. Ez a hipotézis ma már általánosan elfogadott. A hipotézis vonzereje abban is rejlik, hogy lehetővé teszi a genetikai információhordozók normális reprodukciójába a külső tényezők beavatkozásának eredményeként indukált mutációs folyamatot, azaz egységes magyarázatot ad a spontán információhordozók okaira. és indukált mutációkat. A mutációs folyamat elméletének kialakulását nagyban befolyásolta annak genetikai szabályozásának vizsgálata. Olyan géneket fedeztek fel, amelyek mutációi növelhetik vagy csökkenthetik mind a spontán, mind az indukált mutációk gyakoriságát. Így az indukált és spontán mutációs folyamatok közös okai megléte megerősítést nyer.

A mutációs változások (génmutációk és kromoszóma-rendellenességek) mechanizmusának első magyarázatát 1935-ben N.V. Timofeev-Resovsky, K. Zimmer és M. Delbrück magasabb rendű élőlényekben, elsősorban Drosophilában végzett sugárzási mutagenezis elemzése alapján. A mutációt egy komplex génmolekulában az atomok azonnali átrendeződésének eredményeként tekintették. Az ilyen átstrukturálás okának egy kvantum vagy ionizáló részecske közvetlen belépését a génbe (belépés elve) vagy az atomok véletlenszerű rezgéseit tekintették. Az ionizáló sugárzás következményeinek ezt követő felfedezése azt mutatta, hogy a mutációk egy időn át tartó folyamat eredményeként jönnek létre, és nem közvetlenül az energiakvantum vagy ionizáló részecske génen való áthaladásának pillanatában.

Spontán- Ezek olyan mutációk, amelyek spontán módon, a kísérletvezető beavatkozása nélkül jelentkeznek.

Indukált– ezek azok a mutációk, amelyeket mesterségesen, különféle tényezők felhasználásával okoznak mutagenezis.

Általában a mutáció kialakulásának folyamatát ún mutagenezis, a mutációkat okozó tényezők pedig azok mutagéneket.

Mutagén tényezők részre vannak osztva fizikai,kémiaiÉs biológiai.

Spontán mutációs ráta egy gént alkot, minden szervezet minden génje esetében más.

A spontán mutációk okai nem teljesen világos. Korábban azt hitték, hogy az okozta az ionizáló sugárzás természetes háttere. Kiderült azonban, hogy ez nem így van. Például Drosophilában a természetes háttérsugárzás a spontán mutációk legfeljebb 0,1%-át okozza.

VAL VEL kor a természetes háttérsugárzásnak való kitettség következményei lehetnek felhalmozódik, emberben pedig a spontán mutációk 10-25%-a ennek köszönhető.

Második ok spontán mutációk vannak a kromoszómák és a gének véletlen károsodása miatt a sejtosztódás és a DNS-replikáció során véletlenszerű hibák a molekuláris mechanizmusok működésében.

A harmadik ok spontán mutációk vannak mozgó genom szerint mobil elemek, amely bármely gént behatolhat és mutációt okozhat benne.

M. Green amerikai genetikus kimutatta, hogy a spontánként felfedezett mutációk körülbelül 80%-a mobil elemek mozgása következtében keletkezett.

Indukált mutációk először fedezték fel 1925-ben. G.A. NadsonÉs G.S. Filippov a Szovjetunióban. Röntgensugárzással besugározták a penészkultúrákat. Mucorgenevensisés megkapta a kultúra felosztását „két formára vagy fajra, amelyek nemcsak egymástól, hanem az eredeti (normál) formától is különböznek”. A mutánsok stabilnak bizonyultak, mivel nyolc egymást követő szubkultúra után megőrizték megszerzett tulajdonságaikat. Cikkük csak orosz nyelven jelent meg, és a munka nem alkalmaz semmilyen módszert a röntgensugarak hatásának kvantitatív értékelésére, így kevéssé vették észre.

BAN BEN 1927 G. G. Möller beszámolt a röntgensugárzás hatásáról a Drosophila mutációs folyamatára, és javasolta mennyiségi módszer az X kromoszóma recesszív letális mutációinak számlájára ClB), amely klasszikussá vált.

1946-ban Möller Nobel-díjat kapott a sugárzási mutagenezis felfedezéséért. Mára gyakorlatilag megállapították minden típusú sugárzás(beleértve minden típusú ionizáló sugárzást - , , ; UV-sugarak, infravörös sugarak) mutációkat okoznak. Felhívták őket fizikai mutagének.

Alapvetőmechanizmusok cselekedeteiket:

1) a gének és kromoszómák szerkezetének megzavarása miatt közvetlen cselekvés DNS- és fehérjemolekulákon;

2) oktatás szabad radikálisok, amelyek kémiai kölcsönhatásba lépnek a DNS-sel;

3) cérna elszakad orsók;

4) oktatás dimerek(timin).

A 30-as években nyitva volt kémiai mutagenezis Drosophilában: V.V. Szaharov (1932 ), M. E. LobasevÉs F. A. Szmirnov (1934 ) kimutatta, hogy egyes vegyületek, mint pl jód, ecetsav, ammónia, képesek recesszív letális mutációkat indukálni az X kromoszómán.

BAN BEN 1939 G. Szergej Mihajlovics Gersenzon(S.S. Chetverikov tanítványa) felfedezett egy erős exogén DNS mutagén hatása Drosophilában. N.K. eszméinek hatására. Kolcov szerint a kromoszóma egy óriási molekula, S.M. Gershenzon úgy döntött, hogy teszteli azt a feltételezését, hogy a DNS egy ilyen molekula. DNS-t izolált a csecsemőmirigyből, és hozzáadta a Drosophila lárvák táplálékához. 15 ezer kontrolllégy között (azaz DNS nélkül az élelmiszerben) egyetlen mutáció sem volt, a kísérletben pedig 13 ezer légy között 13 mutánst találtak.

BAN BEN 1941 Charlotte AuerbachÉs J. Robson azt mutatta nitrogén mustár mutációkat indukál a Drosophilában. Az ezzel a vegyi harci szerrel végzett munka eredményeit csak 1946-ban tették közzé, a második világháború vége után. Ugyanabban a 1946 G. Rapoport(Joseph Abramovics) a Szovjetunióban mutagén aktivitást mutatott formaldehid.

Jelenleg a kémiai mutagének tartalmazza:

A) természetes szerves és szervetlen anyagok;

b) ipari termékek természetes vegyületek feldolgozása– szén, olaj;

V) szintetikus anyagok, korábban nem fordult elő a természetben (peszticidek, rovarirtó szerek stb.);

d) néhány metabolitok emberi és állati testek.

Kémiai mutagének elsősorban okozza genetikai mutációk és a DNS-replikáció során hatnak.

Hatásmechanizmusuk:

1) az alapszerkezet módosítása (hidroxilezés, dezaminálás, alkilezés);

2) a nitrogéntartalmú bázisok helyettesítése analógjaikkal;

3) a nukleinsav prekurzorok szintézisének gátlása.

Az elmúlt években ún szupermutagének:

1)bázis analógok;

2) kapcsolatok, DNS alkilező(etil-metánszulfonát, metil-metánszulfonát stb.);

3) kapcsolatok, interkalálódva DNS-bázisok (akridinek és származékaik) között.

A szupermutagének 2-3 nagyságrenddel növelik a mutációk gyakoriságát.

NAK NEK biológiai mutagének viszonyul:

A) vírusok(rubeola, kanyaró stb.);

b) nem vírusos fertőző ágensek(baktériumok, rickettsia, protozoák, helminták);

V) mobil genetikaielemeket.

Hatásmechanizmusuk:

1) a vírusok és a mobil elemek genomja beépül a gazdasejtek DNS-ébe;

Indukált mutagenezis század 20-as éveinek végétől kezdődően új törzsek, fajták és fajták kiválasztására használták. A legnagyobb sikert az antibiotikumokat és más biológiailag aktív anyagokat termelő baktérium- és gombatörzsek szelekciója érte el.

Így sikerült növelnünk az aktivitást antibiotikum gyártók 10-20-szorosára, ami lehetővé tette a megfelelő antibiotikumok termelésének jelentős növelését és költségeik jelentős csökkentését. A sugárzó gomba aktivitása - B-vitamin termelő 12 sikerült hatszorosára növelni, és a baktérium - termelő aktivitását aminosavak lizin- 300-400 alkalommal.

Mutációk használata törpeség a búzában a 60-70-es években lehetővé tették a gabonanövények hozamának meredek növekedését, amelyet „ zöld forradalom" A törpebúza fajták lerövidített, vastag szárral rendelkeznek, amely ellenáll a megdőlésnek, nagyobb kalászból is bírja a megnövekedett terhelést. E fajták használata lehetővé tette a hozamok jelentős (egyes országokban többszörös) növelését.

Egy amerikai tenyésztő és genetikus a „zöld forradalom” szerzője. N. Borlauga, aki 1944-ben, 30 évesen Mexikóban telepedett le és kezdett dolgozni. A nagy termőképességű növényfajták nemesítésében elért sikeréért 1970-ben Nobel-békedíjat kapott.

Milyen mutációkat nevezünk spontánnak? Ha a kifejezést hozzáférhető nyelvre fordítjuk, akkor ezek természetes hibák, amelyek a genetikai anyag és a belső és/vagy külső környezet kölcsönhatása során merülnek fel. Az ilyen mutációk általában véletlenszerűek. Megfigyelhetők a test reproduktív és egyéb sejtjeiben.

A mutációk exogén okai

Spontán mutáció történhet vegyszerek, sugárzás, magas vagy alacsony hőmérséklet, ritka levegő vagy nagy nyomás hatására. Évente átlagosan egy tized rad ionizáló sugárzást nyel el egy ember, ami a természetes háttérsugárzás. Ez a szám tartalmazza a Föld magjából származó gammasugárzást, a napszelet, valamint a földkéreg mélyén elhelyezkedő és a légkörben oldott elemek radioaktivitását. A kapott adag attól is függ, hogy az illető pontosan hol tartózkodik. Az összes spontán mutáció negyede pontosan ennek a tényezőnek köszönhető.
Az ultraibolya sugárzás – a közhiedelemmel ellentétben – csekély szerepet játszik a DNS-károsodásban, mivel nem tud mélyen behatolni az emberi szervezetbe. De a bőr gyakran szenved a túlzott napsugárzástól (melanoma és más típusú rák). Az egysejtű szervezetek és vírusok azonban napfény hatására mutálódnak. A túl magas vagy alacsony hőmérséklet szintén változásokat okozhat a genetikai anyagban.

A mutációk endogén okai

A spontán mutáció előfordulásának fő okai továbbra is endogén tényezők. Ide tartoznak az anyagcsere melléktermékei, a replikáció, a javítás vagy a rekombináció folyamatában fellépő hibák és mások.

Replikációs hibák:
- nitrogéntartalmú bázisok spontán átmenetei és inverziói;
- a nukleotidok helytelen elrendezése a DNS polimerázok hibái miatt;
- a nukleotidok kémiai helyettesítése, például a guanin-citozin adenin-guaninnal.

Helyreállítási hibák:
- a DNS-lánc egyes szakaszainak helyreállításáért felelős gének mutációi, miután azok külső tényezők hatására megtörtek.

Rekombinációs problémák:
- a meiózis vagy mitózis során a keresztezési folyamatok meghibásodása a bázisok elvesztéséhez és kiteljesedéséhez vezet.

Ezek a spontán mutációkat okozó fő tényezők. A kudarcok okai között szerepelhet a mutátor gének aktiválódása, valamint a biztonságos kémiai vegyületek átalakulása aktívabb metabolitokká, amelyek hatással vannak a sejtmagra. Ezen kívül strukturális tényezők is vannak. Ide tartoznak a nukleotidszekvencia ismétlődései a láncátrendeződés helye közelében, további, a génhez hasonló szerkezetű DNS-szakaszok jelenléte, valamint a genom mobil elemei.

A mutáció patogenezise

A spontán mutáció az összes fent felsorolt ​​tényező hatására jön létre, amelyek együtt vagy külön-külön hatnak a sejt életének egy bizonyos szakaszában. Létezik olyan jelenség, mint a leány- és anya-DNS-szálak párosításának csúszó megszakadása. Ez gyakran olyan peptidhurkok képződését eredményezi, amelyek nem tudtak megfelelően integrálódni a szekvenciába. A leányszálból a felesleges DNS-szakaszok eltávolítása után a hurkok vagy reszekálhatók (deléciók) vagy inszertálhatók (duplikációk, inszerciók). A megjelenő változások a sejtosztódás következő ciklusaiban konszolidálódnak.
A bekövetkező mutációk sebessége és száma a DNS elsődleges szerkezetétől függ. Egyes tudósok úgy vélik, hogy abszolút minden DNS-szekvencia mutagén, ha kanyarokat képez.

A leggyakoribb spontán mutációk

Miért jelennek meg leggyakrabban a spontán mutációk a genetikai anyagban? Ilyen körülmények például a nitrogéntartalmú bázisok elvesztése és az aminosavak eltávolítása. A citozin maradékokat különösen érzékenynek tekintik rájuk. Bebizonyosodott, hogy ma a gerincesek több mint fele mutációt mutat a citozin-maradékokon. Dezaminálás után a metilcitozin timinné változik. A szakasz további másolása megismétli a hibát vagy törli, vagy megduplázza és új töredékké alakítja át. A gyakori spontán mutációk másik okát a nagyszámú pszeudogénnek tekintik. Emiatt a meiózis folyamata során egyenetlen homológ rekombinációk alakulhatnak ki. Ennek következménye a gének átrendeződése, az egyes nukleotidszekvenciák rotációja és duplikációja.

A mutagenezis polimeráz modellje

E modell szerint a spontán mutációk a DNS-t szintetizáló molekulák véletlenszerű hibáinak eredményeként jönnek létre. Először mutatott be ilyen modellt a Bresler. Azt javasolta, hogy a mutációk annak eredményeként jelennek meg, hogy a polimerázok bizonyos esetekben nem komplementer nukleotidokat szúrnak be a szekvenciába. Évekkel később, hosszas tesztek és kísérletek után ezt a nézőpontot jóváhagyták és elfogadták a tudományos világban. Sőt bizonyos mintákat is levezettek, amelyek lehetővé teszik a tudósok számára a mutációk szabályozását és irányítását azáltal, hogy a DNS bizonyos szakaszait ultraibolya fénynek teszik ki. Például azt találták, hogy az adenint leggyakrabban a sérült triplettel szemben helyezik be.

A mutagenezis tautomer modellje

Egy másik elméletet, amely megmagyarázza a spontán és mesterséges mutációkat, Watson és Crick (a DNS szerkezetének felfedezői) javasolta. Azt javasolták, hogy a mutagenezis egyes DNS-bázisok azon képességén alapul, hogy tautomer formákká alakulnak át, amelyek megváltoztatják a bázisok összekapcsolódását.
A publikáció után a hipotézist aktívan fejlesztették. Ultraibolya besugárzás után a nukleotidok új formáit fedezték fel. Ez új kutatási lehetőségeket adott a tudósoknak. A modern tudomány még mindig vitatja a tautomer formák spontán mutagenezisben betöltött szerepét és az azonosított mutációk számára gyakorolt ​​hatását.

Egyéb modellek

Spontán mutáció lehetséges, ha a nukleinsavak DNS-polimerázok általi felismerése károsodott. Poltaev és társszerzői rávilágítottak arra a mechanizmusra, amely biztosítja a komplementaritás elvének való megfelelést a leány-DNS-molekulák szintézise során. Ez a modell lehetővé tette a spontán mutagenezis mintázatainak tanulmányozását. A tudósok azzal magyarázták felfedezésüket, hogy a DNS szerkezetében bekövetkezett változások fő oka a nem kanonikus nukleotidpárok szintézise. Azt javasolták, hogy a bázisseprés a DNS-szakaszok dezaminálása révén történik. Ennek eredményeként a citozin timinre vagy uracilra változik. Az ilyen mutációk miatt inkompatibilis nukleotidpárok jönnek létre. Ezért a következő replikáció során átmenet történik (a nukleotid bázisok pontcseréje).

A mutációk osztályozása: spontán

A mutációk különböző osztályozása létezik, attól függően, hogy milyen konkrét kritériumok állnak mögöttük. A génműködés változásának jellege alapján van egy felosztás: - hipomorf (a mutált allélok kevesebb fehérjét szintetizálnak, de hasonlóak az eredetihez);
- amorf (a gén teljesen elvesztette funkcióit);
- antimorf (a mutált gén teljesen megváltoztatja az általa képviselt tulajdonságot);
- neomorf (új jelek jelennek meg). De egy gyakoribb osztályozás az, amely az összes mutációt arányosan osztja el a változó szerkezettel. Vannak: 1. Genomi mutációk. Ezek közé tartozik a poliploidia, azaz egy hármas vagy több kromoszómakészlettel rendelkező genom kialakulása, valamint az aneuploidia – a genomban lévő kromoszómák száma nem többszöröse a haploidnak.
2. Kromoszómamutációk. Az egyes kromoszóma szakaszok jelentős átrendeződései figyelhetők meg. Létezik információvesztés (deléció), megkettőződés (duplikáció), a nukleotidszekvenciák irányának megváltozása (inverzió), valamint a kromoszóma szakaszok visszafordítása egy másik helyre (transzlokáció).
3. Génmutáció. A leggyakoribb mutáció. A DNS-láncban több véletlenszerű nitrogénbázist helyettesítenek.

A mutációk következményei

A spontán mutációk daganatok, raktározási betegségek, emberi és állati szervek és szövetek működési zavarainak okai. Ha egy mutált sejt egy nagy, többsejtű szervezetben található, akkor nagy valószínűséggel az apoptózis (programozott sejthalál) kiváltásával megsemmisül. A szervezet irányítja a genetikai anyag megőrzésének folyamatát, és az immunrendszer segítségével megszabadul az esetleges károsodott sejtektől. Több százezer esetből egy esetben a T-limfocitáknak nincs idejük felismerni az érintett struktúrát, és ebből olyan sejtklón jön létre, amely a mutált gént is tartalmazza. A sejtkonglomerátum más funkciókat is ellát, mérgező anyagokat termel, és negatívan befolyásolja a szervezet általános állapotát. Ha a mutáció nem a szomatikus sejtben, hanem a reproduktív sejtben történt, akkor a leszármazottakban változások figyelhetők meg. Kiderül, hogy veleszületett szervi patológiák, deformitások, anyagcserezavarok és raktározási betegségek.

Spontán mutációk:

Egyes esetekben a korábban haszontalannak tűnő mutációk hasznosak lehetnek az új életkörülményekhez való alkalmazkodásban. Ez bevezeti a mutációt, mint a természetes szelekció mértékét. Az állatok, madarak és rovarok a területükhöz illő terepszínű színeket viselnek, hogy megvédjék magukat a ragadozóktól. De ha az élőhelyük megváltozik, akkor a természet mutációk segítségével megpróbálja megvédeni a fajt a kihalástól. Új körülmények között a legrátermettebbek túlélik, és átadják ezt a képességüket másoknak. A mutáció előfordulhat a genom inaktív régióiban, és ekkor nem figyelhető meg látható változás a fenotípusban. Az „összeomlást” csak konkrét vizsgálatok segítségével lehet azonosítani. Ez szükséges az állatok eredetének és rokon fajainak vizsgálatához, genetikai térképeik összeállításához.

A mutációk spontaneitásának problémája

A múlt század negyvenes éveiben volt egy elmélet, amely szerint a mutációkat kizárólag külső tényezők okozzák, és segítik az ezekhez való alkalmazkodást. Ennek az elméletnek a tesztelésére egy speciális tesztelési és ismétlési módszert fejlesztettek ki. Az eljárás az volt, hogy az egyik típusú baktériumból kis mennyiséget vetettek be kémcsövekbe, és többszöri oltás után antibiotikumot adtak hozzájuk. Néhány mikroorganizmus túlélte, és új táptalajba került. A különböző kémcsövekből származó baktériumok összehasonlítása azt mutatta, hogy a rezisztencia spontán módon alakult ki, az antibiotikummal való érintkezés előtt és után is. Az ismétlés módszere az volt, hogy a mikroorganizmusokat gyapjas szövetre vitték át, majd több tiszta táptalajra vitték át. Az új telepeket tenyésztettük és antibiotikummal kezeltük. Ennek eredményeként a táptalaj azonos területein elhelyezkedő baktériumok különböző kémcsövekben éltek túl.

Megjelenés időpontja: 05/22/17

A mutációs folyamatot a mutációk gyakorisága és a génmutáció iránya jellemzi.

A mutációk gyakorisága az egyes állat-, növény- és mikroorganizmusfajok egyik meghatározó jellemzője: egyes fajok mutációs variabilitása nagyobb, mint másoké. Ezek a különbségek számos általános és különös jelentőségű tényező hatásából fakadnak: a faj genotípusos szerkezete, a környezeti feltételekhez való alkalmazkodás mértéke, elterjedési helye, a természeti tényezők erőssége stb. a szervezet a külső környezet hatásától van, a benne lezajló folyamatok anyagcserével kapcsolatos kémiai folyamatok okozhatják a spontán mutációs változékonyságot. E kifejezés alá rejtjük a mutációk konkrét okaival kapcsolatos tudatlanságunkat.

Jelenleg még mindig nem teljesen ismert a mutációk generációnkénti gyakorisága. Ez azzal magyarázható, hogy a mutációk rendkívül sokfélék mind a fenotípusos manifesztációban, mind a genetikai meghatározottságban, és a rögzítésük módszerei tökéletlenek; Csak az egyes lókuszok mutabilitása tekintetében lehet többé-kevésbé pontos értékelést adni. Általános szabály, hogy egy allélpárnak egyszerre csak az egyik tagja mutálódik, amit magának a mutációnak a ritkasága magyaráz; mindkét tag egyidejű mutációja valószínűtlen esemény.

A spontán mutációk gyakoriságának kialakult általános mintái a következő pontokra csapódnak le:

1. ugyanabban a genotípusban különböző gének különböző gyakorisággal mutálnak;
2. A különböző genotípusokban lévő hasonló gének eltérő sebességgel mutálódnak.

Ezt a két rendelkezést táblázatok illusztrálják.

Az első bemutatja a különböző gének mutációinak gyakoriságát a kukorica példáján, a második összehasonlítja a gének mutációját különböző állat-, növény- és emberfajokban, kukoricában pedig ugyanazon gének mutációját különböző genotípusú vonalakban.

Tehát a különböző gének különböző frekvencián mutálódnak, vagyis vannak változtatható és stabil gének. Mindegyik gén viszonylag ritkán mutálódik, de mivel egy genotípusban a gének száma óriási lehet, a különböző gének teljes mutációs gyakorisága meglehetősen magasnak bizonyul. A Drosophila esetében ez a számítás egy mutációt mutat körülbelül 100 ivarsejtenként generációnként. Az ilyen számítások azonban még nem túl pontosak, mivel valójában lehetetlen megkülönböztetni a lókusz egyetlen változását a kromoszómák bonyolult kis átrendeződésétől; Ezenkívül nagyon nehéz egyidejű mutációkat megállapítani egyazon sejten belül különböző kromoszómákban.

Maga az esemény – a génmutáció – ritkasága alapján azt is meg kell magyarázni, hogy a mutáció általában csak az egyik lókuszban figyelhető meg. A genetika egyetlen megbízható tényt sem tud a homológ kromoszómák két alléljának egyidejű mutációjáról. De lehetséges, hogy ezt maga a mutáció mechanizmusa magyarázza.

A spontán génmutációk okai korántsem tisztázottak. Az egyik fő oka annak, hogy az eltérő mutációs rátákat okozza, maga a genotípus. Ugyanaz az R r gén a kukorica két vonalában különböző módon mutálódik r r-re: az egyikben - 6,2 gyakorisággal, a másikban - 18,2 10 000 ivarsejtenként. Azt is megállapították, hogy a halálos mutációk gyakorisága a Drosophila különböző vonalaiban eltérő.

A szelekció révén lehetőség nyílik olyan vonalak létrehozására, amelyeknek különböző spontán változékonysága lesz. Ezt támasztja alá az a tény, hogy vannak speciális gének - mutátorok, amelyek befolyásolják más gének mutációjának sebességét. Például kukoricában, a IX. kromoszóma rövid karjának bal vége közelében található a Dt lókusz, amely befolyásolja a III. kromoszóma hosszú karjában található A lókusz mutabilitását. Azonban még mindig nem teljesen világos, hogy mi a Dt lókusz. Talán valamiféle kromoszóma-átrendeződésről van szó.

A genotípus befolyása az egyedi gén spontán mutabilitására a hibridizáció során is megnyilvánul. Vannak arra utaló jelek, hogy a mutációk gyakorisága ugyanazon a lókuszon magasabb a hibrid szervezetekben, mint az eredeti formákban.

A spontán mutációs folyamatot a sejtek élettani állapota és biokémiai változásai is okozzák.

Például M. S. Navashin és G. Stubbe kimutatta, hogy a magvak öregedési folyamata során, ha több évig tárolják őket, a mutációk, különösen a kromoszóma-átrendeződések gyakorisága jelentősen megnő. Hasonló jelenség figyelhető meg a Drosophila halálos mutációinak gyakoriságával kapcsolatban a nőstények ondótartályaiban a spermiumok tárolása során. Az ilyen jellegű tények azt mutatják, hogy a spontán génmutáció a sejtben a külső körülményekhez kapcsolódó fiziológiai és biokémiai változásoktól függ.

A spontán mutáció egyik lehetséges oka lehet, hogy a genotípusban olyan mutációk halmozódnak fel, amelyek blokkolják bizonyos anyagok bioszintézisét, aminek következtében túlzottan felhalmozódnak az ilyen anyagok prekurzorai, amelyek befolyásolhatják a génváltozásokat. Ez a hipotézis alkalmas kísérleti tesztelésre.

Ha hibát talál, jelöljön ki egy szövegrészt, és kattintson rá Ctrl+Enter.