Mely mutációkat nevezzük spontánnak? Ha a kifejezést hozzáférhető nyelvre fordítjuk, akkor ezek természetes hibák, amelyek a genetikai anyag és a belső és / vagy külső környezet kölcsönhatásának folyamatában fordulnak elő. Az ilyen mutációk általában véletlenszerűek. A nemi szervekben és a test más sejtjeiben figyelhetők meg.
A mutációk exogén okai
Spontán mutáció léphet fel vegyszerek, sugárzás, magas vagy alacsony hőmérséklet, ritka levegő vagy nagy nyomás hatására.
Egy ember évente átlagosan a természetes sugárzási hátteret alkotó radi ionizáló sugárzás egytizedét nyeli el. Ez a szám magában foglalja a Föld magjából származó gammasugárzást, a napszelet, valamint a földkéreg vastagságában található és a légkörben oldott elemek radioaktivitását. A kapott adag attól is függ, hogy hol tartózkodik a személy. Az összes spontán mutáció negyede ennek a tényezőnek köszönhető.
Az UV-sugárzás a közhiedelemmel ellentétben csekély szerepet játszikDNS-lebontások előfordulása, mivel nem tud elég mélyre behatolni az emberi szervezetbe. De a bőr gyakran szenved a túlzott napsugárzástól (melanóma és más rákos megbetegedések). 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 mutációk előfordulásának fő okai továbbra is endogén tényezők. Ide tartoznak az anyagcsere melléktermékei, a replikáció, a javítás vagy a rekombináció folyamatának hibái és mások.
-
Replikációs hibák:
- nitrogénbázisok spontán átmenetei és inverziói;
- a nukleotidok helytelen beillesztése a DNS-polimeráz hibái miatt;- a nukleotidok kémiai helyettesítése például guanin-citozinból adenin-guaninba.
- Restaurációs hibák:-mutációk a DNS-lánc egyes szakaszainak helyreállításáért felelős génekben, miután azok külső tényezők hatására megszakadnak.
- Problémák a rekombinációval:- a meiózis vagy mitózis során bekövetkező átkelés folyamatainak kudarcai a bázisok elvesztéséhez és befejezéséhez vezetnek.
Ezek a fő tényezők, amelyek spontán mutációkat okoznak. A kudarcok okai a mutátorgének aktiválódásában, valamint a biztonságos kémiai vegyületek aktívabb metabolitokká történő átalakulásában kereshetők, amelyek hatással vannak a sejtmagra. Emellett strukturális tényezők is vannak. Ide tartoznak a nukleotidszekvencia ismétlődései a hely közelébenláncátrendeződések, a génhez hasonló szerkezetű további DNS-szakaszok jelenléte, valamint a genom mobil elemei.
A mutáció patogenezise
A spontán mutáció a fenti tényezők együttesen vagy külön-külön ható hatása miatt következik be a sejt életének egy bizonyos szakaszában. Van egy olyan jelenség, mint a lánya és az anyai DNS-szálak párosításának csúszó megsértése. Ennek eredményeként gyakran olyan peptidekből képződnek hurkok, amelyek nem tudtak megfelelően illeszkedni a szekvenciába. A leányszálból a felesleges DNS-fragmentumok eltávolítása után a hurkok reszekálhatók (deléciók) és beépíthetők (duplikációk, inszerciók). A megjelenő változások a sejtosztódás következő ciklusaiban rögzülnek.
A bekövetkező mutációk sebessége és száma a DNS elsődleges szerkezetétől függ. Egyes tudósok úgy vélik, hogy abszolút minden DNS-szekvencia mutagén, ha hajlatokat képez.
Leggyakoribb spontán mutációk
Mi a leggyakoribb megnyilvánulása a genetikai anyag spontán mutációinak? Ilyen körülmények például a nitrogéntartalmú bázisok elvesztése és az aminosavak eltávolítása. A citozin maradékok különösen érzékenyek rájuk.
Bebizonyosodott, hogy manapság a gerincesek több mint fele rendelkezik citozin-maradék mutációval. Dezaminálás után a metilcitozin timinné változik. A szakasz utólagos másolása megismétli a hibát vagy törli, vagy megduplázza ésúj töredékké mutálódik.
A gyakori spontán mutációk másik oka a nagyszámú pszeudogén. Emiatt a meiózis során egyenlőtlen homológ rekombinációk alakulhatnak ki. Ennek eredménye a gének átrendeződése, az egyes nukleotidszekvenciák fordulatai és megkettőződései.
A mutagenezis polimerázmodellje
E modell szerint a spontán mutációk a DNS-t szintetizáló molekulák véletlenszerű hibáinak eredményeként következnek be. Először mutatott be ilyen modellt a Bresler. Azt javasolta, hogy a mutációk annak a ténynek köszönhetőek, 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. Így például azt találták, hogy az adenin leggyakrabban a sérült triplettel szemben van beágyazva.
A mutagenezis tautomer modellje
A spontán és mesterséges mutációkat magyarázó másik elméletet Watson és Crick (a DNS szerkezetének felfedezői) javasolta. Azt javasolták, hogy a mutagenezis egyes DNS-bázisok azon képességén alapul, hogy tautomer formákká alakulnak, amelyek megváltoztatják a bázisok kapcsolódási módját.
A megjelenés után a hipotézist aktívan fejlesztették. Ezt követően fedezték fel a nukleotidok új formáitultraibolya fénnyel besugározva őket. Ez új lehetőségeket adott a tudósoknak a kutatáshoz. A modern tudomány még mindig vitatja a tautomer formák spontán mutagenezisben betöltött szerepét és a kimutatott mutációk számára gyakorolt hatását.
Egyéb modellek
Spontán mutáció lehetséges, ami megsérti a nukleinsavak DNS-polimerázok általi felismerését. Poltaev és társszerzői rávilágítottak arra a mechanizmusra, amely biztosítja a komplementaritás elvének való megfelelést a leány-DNS-molekulák szintézisében. Ez a modell lehetővé tette a spontán mutagenezis megjelenésének törvényszerűségeinek tanulmányozását. A tudósok azzal magyarázták felfedezésüket, hogy a DNS szerkezetében bekövetkezett változás fő oka a nem kanonikus nukleotidpárok szintézise.
Azt javasolták, hogy a bázisszubsztitúció a DNS-szakaszok dezaminációja miatt következik be. Ez a citozin timinné vagy uracillá történő átalakulásához vezet. Az ilyen mutációk miatt inkompatibilis nukleotidpárok jönnek létre. Ezért a következő replikáció során átmenet történik (a nukleotidbázisok pontcseréje).
Mutációk osztályozása: spontán
A mutációkat különböző osztályozások határozzák meg attól függően, hogy melyik kritérium áll mögöttük. A gén funkciójában bekövetkezett változás természete szerint felosztás van:
- hipomorf (a mutált allélok kevesebb fehérjét szintetizálnak, de hasonlóak az eredetiekhez);
- amorf (a gén teljesen elvesztette funkcióit);
- antimorf (az a mutált gén teljesen megváltoztatja azt a tulajdonságot, amely a következőt jelenti);- neomorf (új jelek jelennek meg).
De egy általánosabb osztályozás, amely az összes mutációt a változó arányában osztja felszerkezet. Kiemelés:
1. Genomi mutációk. Ide tartozik a poliploidia, azaz egy hármas vagy több kromoszómakészlettel rendelkező genom kialakulása, valamint az aneuploidia, a genomban lévő kromoszómák száma nem többszöröse a haploid számnak.
2. Kromoszómális mutációk. A kromoszómák egyes szakaszaiban jelentős átrendeződések figyelhetők meg. Létezik információvesztés (törlés), megkettőződése (duplikáció), a nukleotidszekvenciák irányának megváltozása (inverzió), valamint a kromoszóma szakaszok átkerülése más helyre (transzlokáció).3. Génmutáció. A leggyakoribb mutáció. A DNS-láncban több véletlenszerű nitrogénbázis cserélődik ki.
Mutációk következményei
A spontán mutációk daganatok, raktározási betegségek, valamint a szervek és szövetek működési zavarainak okai emberekben és állatokban. 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 minden lehetséges sérült sejttől.
Százezerből egy esetben a T-limfocitáknak nincs idejük felismerni az érintett struktúrát, és ez olyan sejtklónt eredményez, amely a mutált gént is tartalmazza. A sejtkonglomerátum már más funkciókat is ellát, mérgező anyagokat termel, és negatívan befolyásolja a szervezet általános állapotát.
Ha a mutáció nem a szomatikus, hanem a csírasejtben történt, akkor a változások a leszármazottaknál is megfigyelhetők lesznek. Őkveleszületett szervi betegségekben, deformitásokban, anyagcserezavarokban és raktározási betegségekben nyilvánulnak meg.
Spontán mutációk: jelentése
Egyes esetekben a korábban haszontalannak tűnő mutációk hasznosak lehetnek az új életkörülményekhez való alkalmazkodásban. Ez a mutációt jelenti a természetes szelekció mértékeként. Az állatokat, madarakat és rovarokat lakóhelyüknek megfelelően álcázzák, hogy megvédjék magukat a ragadozóktól. De ha az élőhelyük megváltozik, akkor mutációk segítségével a természet megpróbálja megvédeni a fajt a kihalástól. Új körülmények között a legrátermettebbek életben maradnak, és ezt a képességüket átadják másoknak.
Mutáció előfordulhat a genom inaktív régióiban, és ekkor nem figyelhető meg látható változás a fenotípusban. A "törés" kimutatása csak meghatározott vizsgálatok segítségével lehetséges. Ez szükséges a rokon állatfajok eredetének tanulmányozásához és genetikai térképeik elkészítéséhez.
A mutációk spontaneitásának problémája
A múlt század 40-es 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 abból állt, hogy kis mennyiségű azonos fajba tartozó baktériumot vetettek a kémcsövekbe, és többszöri beoltás után antibiotikumot adtak hozzájuk. A mikroorganizmusok egy része túlélte, és új táptalajba került. A különböző csövekből származó baktériumok összehasonlítása kimutatta, hogy rezisztencia alakult kispontán módon, az antibiotikum-expozíció előtt és után is.
Az ismétlés módszere az volt, hogy a mikroorganizmusokat egy gyapjas kendőre vitték át, majd egyidejűleg több tiszta tápközegbe vitték át. Az új telepeket tenyésztettük és antibiotikummal kezeltük. Ennek eredményeként a táptalaj ugyanazon részein található baktériumok túlélték a különböző kémcsöveket.
