Mutacijos yra svarbus citogenetikų ir biochemikų tyrimo objektas. Būtent mutacijos, genų ar chromosomų, dažniausiai yra paveldimų ligų priežastis. Natūraliomis sąlygomis chromosomų persitvarkymai įvyksta labai retai. Mutacijos, kurias sukelia cheminės medžiagos, biologiniai mutagenai arba fiziniai veiksniai, pvz., jonizuojanti spinduliuotė, dažnai yra įgimtų apsigimimų ir piktybinių navikų priežastis.
Bendra informacija apie mutacijas
Hugh de Vries apibrėžė mutaciją kaip staigų paveldimo bruožo pasikeitimą. Šis reiškinys randamas visų gyvų organizmų – nuo bakterijų iki žmonių – genome. Normaliomis sąlygomis nukleorūgščių mutacijos įvyksta labai retai, jų dažnis yra maždaug 1 10–4 – 1 10–10.
Priklausomai nuo pakitimų paveiktos genetinės medžiagos kiekio, mutacijos skirstomos į genomines, chromosomines ir genines. Genominės yra susijusios su chromosomų skaičiaus pasikeitimu (monosomija, trisomija, tetrasomija); chromosominės yra susijusios su individo struktūros pasikeitimuchromosomos (delecijos, dubliacijos, translokacijos); genų mutacijos paveikia vieną geną. Jei mutacija paveikė tik vieną nukleotidų porą, tai taškinė mutacija.
Priklausomai nuo jas sukėlusių priežasčių, išskiriamos spontaninės ir sukeltos mutacijos.
Spontaniškos mutacijos
Spontaniškos mutacijos organizme atsiranda veikiant vidinių veiksnių. Spontaniškos mutacijos laikomos normaliomis, jos retai sukelia rimtų pasekmių organizmui. Dažniausiai tokie persitvarkymai vyksta tame pačiame gene, susiję su bazių pakeitimu – purinas į kitą puriną (perėjimas) arba purinas į pirimidiną (transversija).
Žymiai rečiau spontaniškos mutacijos įvyksta chromosomose. Chromosomų spontaninės mutacijos dažniausiai vaizduojamos translokacijomis (vieno ar kelių genų perkėlimu iš vienos chromosomos į kitą) ir inversijomis (chromosomos genų sekos pokyčiais).
Sukelti pertvarkymai
Sukeltos mutacijos organizmo ląstelėse vyksta veikiant cheminėms medžiagoms, spinduliuotei arba virusų dauginimosi medžiagai. Tokios mutacijos atsiranda dažniau nei spontaniškos ir turi rimtesnių pasekmių. Jie veikia atskirus genus ir genų grupes, blokuoja atskirų b altymų sintezę. Sukeltos mutacijos dažnai globaliai paveikia genomą, būtent veikiant mutagenams ląstelėje atsiranda nenormalios chromosomos: izochromosomos, žiedinės chromosomos, dicentrinės.
Mutagenai, be chromosomų persitvarkymo, sukelia DNR pažeidimus: dvigubos grandinės pertraukas,DNR kryžminių ryšių susidarymas.
Cheminių mutagenų pavyzdžiai
Cheminiai mutagenai apima nitratus, nitritus, azoto bazių analogus, azoto rūgštį, pesticidus, hidroksilaminą, kai kuriuos maisto priedus.
Azoto rūgštis sukelia aminogrupės atskyrimą nuo azoto bazių ir pakeičiama kita grupe. Tai veda prie taškinių mutacijų. Hidroksilaminas taip pat sukelia chemiškai sukeltas mutacijas.
Didelės nitratų ir nitritų dozės padidina vėžio riziką. Kai kurie maisto papildai sukelia nukleorūgščių arilinimo reakcijas, dėl kurių sutrinka transkripcijos ir transliacijos procesai.
Cheminiai mutagenai yra labai įvairūs. Dažnai būtent šios medžiagos sukelia sukeltas chromosomų mutacijas.
Fiziniai mutagenai
Fiziniai mutagenai apima jonizuojančiąją spinduliuotę, pirmiausia trumpųjų bangų ir ultravioletinę. Ultravioletas pradeda lipidų peroksidacijos procesą membranose, provokuoja įvairių DNR defektų susidarymą.
Rentgeno ir gama spinduliuotė išprovokuoja mutacijas chromosomų lygyje. Tokios ląstelės nėra pajėgios dalytis, jos miršta apoptozės metu. Sukeltos mutacijos taip pat gali paveikti atskirus genus. Pavyzdžiui, blokuojant naviko slopinimo genus, atsiranda navikai.
Sukeltų pertvarkymų pavyzdžiai
Sukeltų mutacijų pavyzdžiai yra įvairios genetinės ligos, kurios dažniau pasireiškia srityse, linkusiose įfizinio ar cheminio mutageninio faktoriaus poveikis. Visų pirma žinoma, kad Indijos Keralos valstijoje, kur metinė efektyvioji jonizuojančiosios spinduliuotės dozė 10 kartų viršija normą, vaikų, sergančių Dauno sindromu (trisomija 21-oje chromosomoje), gimimo dažnis padidėja. Kinijos Jangdziango rajone dirvožemyje rastas didelis kiekis radioaktyvaus monazito. Nestabilūs jo sudėties elementai (ceris, toris, uranas) suyra, kai išsiskiria gama kvantai. Dėl trumpųjų bangų spinduliuotės poveikio apskrityje daug gimsta vaikų, sergančių verkiančios katės sindromu (ištrinta didelė 8-osios chromosomos dalis), taip pat padidėjo sergamumas vėžiu. Kitas pavyzdys: 1987 metų sausį Ukrainoje buvo užregistruotas rekordinis Dauno sindromu sergančių vaikų gimimų skaičius, susijęs su Černobylio avarija. Pirmąjį nėštumo trimestrą vaisius yra jautriausias fizinių ir cheminių mutagenų poveikiui, todėl didžiulė spinduliuotės dozė padidino chromosomų anomalijų dažnį.
Vienas liūdniausių cheminių mutagenų istorijoje yra raminamasis talidomidas, pagamintas Vokietijoje šeštajame dešimtmetyje. Vartojant šį vaistą gimė daug vaikų, turinčių daug įvairių genetinių anomalijų.
Mokslininkai dažniausiai naudoja sukeltos mutacijos metodą, kad surastų geriausią būdą kovoti su autoimuninėmis ligomis ir genetiniais sutrikimais, susijusiais su b altymų hipersekrecija.
