Kokios mutacijos vadinamos spontaniškomis? Jei terminą išversime į prieinamą kalbą, tai yra natūralios klaidos, atsirandančios genetinės medžiagos sąveikos su vidine ir (arba) išorine aplinka procese. Tokios mutacijos dažniausiai būna atsitiktinės. Jie stebimi genitalijose ir kitose kūno ląstelėse.
Egzogeninės mutacijų priežastys
Spontaniška mutacija gali įvykti veikiant cheminėms medžiagoms, radiacijai, aukštai arba žemai temperatūrai, retesniam orui arba aukštam slėgiui.
Kiekvienais metais žmogus vidutiniškai sugeria maždaug dešimtadalį radiacijos jonizuojančiosios spinduliuotės, kuri sudaro natūralų radiacijos foną. Šis skaičius apima gama spinduliuotę iš Žemės šerdies, saulės vėjo ir elementų, esančių žemės plutos storyje ir ištirpusių atmosferoje, radioaktyvumą. Gauta dozė taip pat priklauso nuo to, kur asmuo yra. Ketvirtadalis visų spontaniškų mutacijų įvyksta dėl šio veiksnio.
UV spinduliuotė, priešingai populiariam įsitikinimui, vaidina nedidelį vaidmenįDNR gedimų atsiradimas, nes negali pakankamai giliai prasiskverbti į žmogaus organizmą. Tačiau oda dažnai kenčia nuo per didelio saulės poveikio (melanomos ir kitų vėžio formų). Tačiau vienaląsčiai organizmai ir virusai mutuoja, kai juos veikia saulės šviesa.
Per aukšta arba žema temperatūra taip pat gali sukelti genetinės medžiagos pakitimų.
Endogeninės mutacijų priežastys
Pagrindinės priežastys, dėl kurių gali atsirasti spontaninė mutacija, išlieka endogeniniais veiksniais. Tai apima šalutinius metabolinius produktus, replikacijos, taisymo ar rekombinacijos proceso klaidas ir kt.
-
Replikacijos gedimai:
- spontaniški azotinių bazių perėjimai ir inversijos;
- neteisingas nukleotidų įterpimas dėl DNR polimerazių klaidų;- cheminis nukleotidų pakeitimas, pavyzdžiui, guaninas-citozinas į adeniną-guaniną.
- Atkūrimo klaidos:-mutacijos genuose, atsakinguose už atskirų DNR grandinės sekcijų taisymą po to, kai jos nutrūksta veikiant išoriniams veiksniams.
- Rekombinacijos problemos:- perėjimo procesų gedimai mejozės ar mitozės metu lemia bazių praradimą ir užbaigimą.
Tai yra pagrindiniai veiksniai, sukeliantys spontaniškas mutacijas. Gedimų priežastys gali slypėti mutatorių genų aktyvavime, taip pat saugių cheminių junginių pavertime aktyvesniais metabolitais, kurie veikia ląstelės branduolį. Be to, yra ir struktūrinių veiksnių. Tai apima nukleotidų sekos pasikartojimus šalia vietosgrandinės pertvarkymai, papildomų DNR sekcijų, panašių į geną, buvimas, taip pat mobilūs genomo elementai.
Mutacijos patogenezė
Spontaninė mutacija atsiranda dėl visų aukščiau išvardytų veiksnių, veikiančių kartu arba atskirai tam tikru ląstelės gyvavimo laikotarpiu. Yra toks reiškinys kaip slenkantis dukters ir motinos DNR grandžių poravimosi pažeidimas. Dėl to kilpos dažnai susidaro iš peptidų, kurie negalėjo tinkamai tilpti į seką. Pašalinus DNR fragmentų perteklių iš dukterinės grandinės, kilpas galima ir rezekuoti (delecijos), ir integruoti (dubliacijos, intarpai). Pasirodžiusi pokyčiai fiksuojami per kitus ląstelių dalijimosi ciklus.
Atsiradusių mutacijų greitis ir skaičius priklauso nuo pirminės DNR struktūros. Kai kurie mokslininkai mano, kad absoliučiai visos DNR sekos yra mutageninės, jei jos sudaro vingius.
Dažniausios spontaniškos mutacijos
Koks dažniausiai pasireiškia spontaniškos genetinės medžiagos mutacijos? Tokių sąlygų pavyzdžiai yra azoto bazių praradimas ir aminorūgščių pašalinimas. Citozino likučiai laikomi joms ypač jautriais.
Įrodyta, kad šiandien daugiau nei pusė stuburinių turi citozino likučių mutaciją. Po deaminacijos metilcitozinas virsta timinu. Vėlesnis šio skyriaus kopijavimas pakartoja klaidą arba ją ištrina, arba padvigubina irmutuoja į naują fragmentą.
Kita dažnų spontaniškų mutacijų priežastis yra didelis pseudogenų skaičius. Dėl to mejozės metu gali susidaryti nelygios homologinės rekombinacijos. Tai lemia genų persitvarkymus, atskirų nukleotidų sekų posūkius ir padvigubėjimą.
Mutagenezės polimerazės modelis
Pagal šį modelį spontaniškos mutacijos atsiranda dėl atsitiktinių klaidų molekulėse, kurios sintetina DNR. Pirmą kartą tokį modelį pristatė Bresleris. Jis pasiūlė, kad mutacijos atsiranda dėl to, kad polimerazės kai kuriais atvejais į seką įterpia nekomplementarius nukleotidus.
Po metų, po ilgų bandymų ir eksperimentų, šis požiūris buvo patvirtintas ir priimtas mokslo pasaulyje. Netgi buvo išvesti tam tikri modeliai, leidžiantys mokslininkams kontroliuoti ir nukreipti mutacijas, kai tam tikras DNR dalis veikiant ultravioletiniams spinduliams. Taigi, pavyzdžiui, buvo nustatyta, kad adeninas dažniausiai yra įterptas priešais pažeistą tripletą.
Tautomerinis mutagenezės modelis
Kitą teoriją, paaiškinančią spontaniškas ir dirbtines mutacijas, pasiūlė Watsonas ir Crickas (DNR struktūros atradėjai). Jie teigė, kad mutagenezė yra pagrįsta kai kurių DNR bazių gebėjimu virsti tautomerinėmis formomis, kurios keičia bazių prijungimo būdą.
Po paskelbimo hipotezė buvo aktyviai plėtojama. Po to buvo atrastos naujos nukleotidų formosapšvitinant juos ultravioletiniais spinduliais. Tai suteikė mokslininkams naujų galimybių atlikti tyrimus. Šiuolaikinis mokslas vis dar diskutuoja apie tautomerinių formų vaidmenį spontaniškoje mutagenezėje ir jos įtaką aptiktų mutacijų skaičiui.
Kiti modeliai
Galima spontaniška mutacija, pažeidžiant DNR polimerazės atliekamą nukleino rūgščių atpažinimą. Poltajevas ir bendraautoriai išaiškino mechanizmą, užtikrinantį komplementarumo principo laikymąsi dukterinių DNR molekulių sintezėje. Šis modelis leido ištirti spontaniškos mutagenezės atsiradimo dėsningumus. Mokslininkai savo atradimą aiškino tuo, kad pagrindinė DNR struktūros pasikeitimo priežastis yra nekanoninių nukleotidų porų sintezė.
Jie teigė, kad bazės pakeitimas vyksta dėl DNR segmentų deaminacijos. Tai veda prie citozino pasikeitimo į timiną arba uracilą. Dėl tokių mutacijų susidaro nesuderinamų nukleotidų poros. Todėl kitos replikacijos metu įvyksta perėjimas (nukleotidų bazių pakeitimas tašku).
Mutacijų klasifikacija: spontaniškos
Yra skirtingos mutacijų klasifikacijos, priklausomai nuo to, kuriuo kriterijumi jos grindžiamos. Yra skirstymas pagal geno funkcijos pokyčio pobūdį:
- hipomorfinis (mutuoti aleliai sintezuoja mažiau b altymų, tačiau jie yra panašūs į pirminius);
- amorfinis (genas visiškai prarado savo funkcijas);
- antimorfinis (mutavęs genas visiškai pakeičia tą požymį, kuris reiškia);- neomorfinis (atsiranda naujų požymių).
Bet labiau paplitusi klasifikacija, kuri padalija visas mutacijas proporcingai kintamajamstruktūra. Pabrėžkite:
1. Genominės mutacijos. Tai apima poliploidiją, ty genomo su trigubu ar daugiau chromosomų rinkinį susidarymą ir aneuploidiją, chromosomų skaičius genome nėra haploidinio skaičiaus kartotinis.
2. Chromosomų mutacijos. Pastebimi reikšmingi atskirų chromosomų skyrių persitvarkymai. Vyksta informacijos praradimas (delecija), jos padvigubėjimas (dubliavimas), nukleotidų sekų krypties pasikeitimas (inversija), taip pat chromosomų pjūvių perkėlimas į kitą vietą (translokacija).3. Genų mutacija. Dažniausia mutacija. DNR grandinėje pakeičiamos kelios atsitiktinės azoto bazės.
Mutacijų pasekmės
Spontaniškos mutacijos yra žmonių ir gyvūnų navikų, laikymo ligų, organų ir audinių disfunkcijos priežastys. Jei mutavusi ląstelė yra dideliame daugialąsčiame organizme, tada su didele tikimybe ji bus sunaikinta sukeldama apoptozę (užprogramuotą ląstelių mirtį). Kūnas kontroliuoja genetinės medžiagos išsaugojimo procesą ir, padedamas imuninės sistemos, atsikrato visų galimų pažeistų ląstelių.
Vienu atveju iš šimtų tūkstančių T-limfocitai nespėja atpažinti paveiktos struktūros, todėl susidaro ląstelių klonas, kuriame taip pat yra mutavęs genas. Ląstelių konglomeratas jau atlieka kitas funkcijas, gamina toksines medžiagas ir neigiamai veikia bendrą organizmo būklę.
Jei mutacija įvyko ne somatinėje, o lytinėje ląstelėje, tai pokyčiai bus stebimi ir palikuoniuose. Jie yrapasireiškia įgimtomis organų patologijomis, deformacijomis, medžiagų apykaitos sutrikimais ir kaupimosi ligomis.
Spontaniškos mutacijos: reikšmė
Kai kuriais atvejais anksčiau atrodytos nenaudingos mutacijos gali būti naudingos prisitaikant prie naujų gyvenimo sąlygų. Tai reiškia mutaciją kaip natūralios atrankos matą. Gyvūnai, paukščiai ir vabzdžiai yra maskuojami pagal jų gyvenamąją vietą, kad apsisaugotų nuo plėšrūnų. Bet jei jų buveinė pasikeičia, tada mutacijų pagalba gamta bando apsaugoti rūšis nuo išnykimo. Naujomis sąlygomis stipriausi išgyvena ir perduoda šį gebėjimą kitiems.
Mutacija gali įvykti neaktyviuose genomo regionuose, tada jokių matomų fenotipo pokyčių nepastebima. Aptikti „lūžimą“įmanoma tik konkrečių tyrimų pagalba. Tai būtina norint ištirti susijusių gyvūnų rūšių kilmę ir sudaryti jų genetinius žemėlapius.
Mutacijų spontaniškumo problema
Praėjusio amžiaus 40-aisiais egzistavo teorija, kad mutacijas sukelia tik išorinių veiksnių įtaka ir padeda prie jų prisitaikyti. Siekiant patikrinti šią teoriją, buvo sukurtas specialus bandymo ir kartojimo metodas.
Procedūra susideda iš to, kad nedidelis kiekis tos pačios rūšies bakterijų buvo pasėtas į mėgintuvėlius ir po kelių pasėjimų į juos buvo įdėta antibiotikų. Kai kurie mikroorganizmai išgyveno ir buvo perkelti į naują terpę. Bakterijų iš skirtingų mėgintuvėlių palyginimas parodė, kad atsirado atsparumasspontaniškai, tiek prieš, tiek po sąlyčio su antibiotikais.
Pakartojimo metodas buvo toks, kad mikroorganizmai buvo perkelti ant minkšto audinio, o po to vienu metu perkelti į kelias švarias terpes. Naujos kolonijos buvo auginamos ir gydomos antibiotikais. Dėl to bakterijos, esančios tose pačiose terpės dalyse, išgyveno skirtinguose mėgintuvėliuose.
