A mutációk a citogenetikusok és biokémikusok fontos vizsgálati tárgyát képezik. Leggyakrabban a gén- vagy kromoszómális mutációk okozzák az örökletes betegségeket. Természetes körülmények között nagyon ritkán fordulnak elő kromoszóma-átrendeződések. Vegyi anyagok, biológiai mutagének vagy fizikai tényezők, például ionizáló sugárzás által okozott mutációk gyakran okozzák a veleszületett fejlődési rendellenességeket és rosszindulatú daganatokat.
Általános információk a mutációkról
Hugh de Vries úgy határozta meg a mutációt, mint egy örökletes tulajdonság hirtelen változását. Ez a jelenség minden élő szervezet genomjában megtalálható, a baktériumoktól az emberekig. Normál körülmények között a nukleinsavak mutációi nagyon ritkán fordulnak elő, körülbelül 1 10–4 – 1 10–10.
A változások által érintett genetikai anyag mennyiségétől függően a mutációkat genomiálisra, kromoszómálisra és génre osztják. A genomiálisak a kromoszómák számának megváltozásával járnak (monosómia, triszómia, tetraszómia); A kromoszómák az egyed szerkezetének megváltozásával járnakkromoszómák (deléciók, duplikációk, transzlokációk); a génmutációk egyetlen gént érintenek. Ha a mutáció csak egy pár nukleotidot érintett, akkor pontmutációról van szó.
Az ezeket okozó okoktól függően megkülönböztetünk spontán és indukált mutációkat.
Spontán mutációk
Spontán mutációk lépnek fel a szervezetben belső tényezők hatására. A spontán mutációk normálisnak tekinthetők, ritkán vezetnek súlyos következményekhez a szervezet számára. Leggyakrabban az ilyen átrendeződések ugyanazon a génen belül fordulnak elő, és a bázisok - purin egy másik purinra (átmenet), vagy purin pirimidinre (transzverzió) - cseréjével járnak együtt.
Lényegesen ritkábban fordulnak elő spontán mutációk a kromoszómákban. A kromoszómális spontán mutációkat általában transzlokációk (egy vagy több gén átvitele egyik kromoszómából a másikba) és inverziók (a kromoszómában lévő gének szekvenciájának megváltozása) jelentik.
Kiváltott átrendeződések
Indukált mutációk fordulnak elő a szervezet sejtjeiben vegyszerek, sugárzás vagy vírusok replikációs anyagának hatására. Az ilyen mutációk gyakrabban jelennek meg, mint a spontánok, és súlyosabb következményekkel járnak. Egyedi génekre és géncsoportokra hatnak, blokkolva az egyes fehérjék szintézisét. Az indukált mutációk gyakran globálisan érintik a genomot, mutagének hatására kóros kromoszómák jelennek meg a sejtben: izokromoszómák, gyűrűs kromoszómák, dicentrikusok.
A mutagének a kromoszóma-átrendeződések mellett DNS-károsodást is okoznak: kettős szál törések,DNS keresztkötések kialakulása.
Példák kémiai mutagénekre
A kémiai mutagének közé tartoznak a nitrátok, nitritek, nitrogénbázis-analógok, salétromsav, peszticidek, hidroxil-amin, egyes élelmiszer-adalékanyagok.
A salétromsav hatására az aminocsoport lehasad a nitrogéntartalmú bázisokról, és helyette egy másik csoport lép fel. Ez pontmutációkhoz vezet. A hidroxil-amin kémiailag indukált mutációkat is okoz.
A nitrátok és nitritek nagy dózisban növelik a rák kockázatát. Egyes táplálék-kiegészítők nukleinsavak arilációs reakcióit váltják ki, ami a transzkripciós és transzlációs folyamatok megzavarásához vezet.
A kémiai mutagének nagyon sokfélék. Gyakran ezek az anyagok okozzák a kromoszómák indukált mutációit.
Fizikai mutagének
A fizikai mutagének közé tartozik az ionizáló sugárzás, elsősorban a rövidhullámú és az ultraibolya. Az ultraibolya beindítja a lipidperoxidáció folyamatát a membránokban, különböző DNS-hibák kialakulását idézi elő.
A röntgen- és gammasugárzás mutációkat vált ki a kromoszómák szintjén. Az ilyen sejtek nem képesek osztódni, apoptózis során elpusztulnak. Az indukált mutációk az egyes génekre is hatással lehetnek. Például a tumorszuppresszor gének blokkolása daganatokhoz vezet.
Példák kiváltott átrendeződésekre
Az indukált mutációk példái különféle genetikai betegségek, amelyek gyakrabban manifesztálódnak azokon a területekenfizikai vagy kémiai mutagén tényezőnek való kitettség. Köztudott, hogy az indiai Kerala államban, ahol az ionizáló sugárzás éves effektív dózisa tízszeresen meghaladja a normát, megnő a Down-szindrómás (a 21. kromoszómán triszómia) gyermekek születési gyakorisága. A kínai Yangjiang kerületben nagy mennyiségű radioaktív monacitot találtak a talajban. Az összetételében lévő instabil elemek (cérium, tórium, urán) gamma-kvantumok felszabadulásával bomlanak. A megyében a rövidhullámú sugárzásnak való kitettség miatt nagy számban születtek síró macska-szindrómában szenvedő gyermekek (a 8. kromoszóma nagy részének törlése), valamint megnövekedett a rák előfordulása. Egy másik példa: 1987 januárjában rekordszámú Down-szindrómás gyermekszületést regisztráltak Ukrajnában a csernobili balesettel összefüggésben. A terhesség első trimeszterében a magzat a legérzékenyebb a fizikai és kémiai mutagének hatására, ezért a kolosszális dózisú sugárzás a kromoszóma-rendellenességek gyakoriságának növekedéséhez vezetett.
A történelem egyik leghírhedtebb kémiai mutagénje a talidomid nyugtató, amelyet Németországban gyártottak az 1950-es években. Ennek a gyógyszernek a szedése sok gyermek születéséhez vezetett, sokféle genetikai rendellenességgel.
Az indukált mutációs módszert általában a tudósok használják, hogy megtalálják a legjobb módszert az autoimmun betegségek és a fehérje-túltermeléssel összefüggő genetikai rendellenességek elleni küzdelemre.
