Kādas mutācijas sauc par spontānām? Ja mēs tulkojam terminu pieejamā valodā, tad tās ir dabiskas kļūdas, kas rodas ģenētiskā materiāla mijiedarbības procesā ar iekšējo un / vai ārējo vidi. Šādas mutācijas parasti ir nejaušas. Tos novēro dzimumorgānos un citās ķermeņa šūnās.
Eksogēni mutāciju cēloņi
Spontānas mutācijas var notikt ķīmisku vielu, starojuma, augstas vai zemas temperatūras, reta gaisa vai augsta spiediena ietekmē.
Ik gadu vidēji cilvēks absorbē aptuveni vienu desmito daļu jonizējošā starojuma rad, kas veido dabisko starojuma fonu. Šis skaitlis ietver gamma starojumu no Zemes kodola, saules vēju un zemes garozas biezumā atrodamo un atmosfērā izšķīdušo elementu radioaktivitāti. Saņemtā deva ir atkarīga arī no cilvēka atrašanās vietas. Ceturtā daļa no visām spontānām mutācijām notiek šī faktora dēļ.
UV starojums pretēji plaši izplatītam uzskatam spēlē nelielu lomuDNS sadalīšanās rašanās, jo tā nevar pietiekami dziļi iekļūt cilvēka ķermenī. Taču āda bieži cieš no pārmērīgas saules iedarbības (melanomas un citiem vēža veidiem). Tomēr vienšūnas organismi un vīrusi mutē, pakļaujoties saules gaismai.
Pārāk augsta vai zema temperatūra var izraisīt arī izmaiņas ģenētiskajā materiālā.
Endogēnie mutāciju cēloņi
Galvenie iemesli, kāpēc var rasties spontāna mutācija, joprojām ir endogēni faktori. Tie ietver vielmaiņas blakusproduktus, kļūdas replikācijas, labošanas vai rekombinācijas procesā un citus.
-
Kļūmes replikācijā:
- slāpekļa bāzu spontānas pārejas un inversijas;
- nepareiza nukleotīdu ievietošana DNS polimerāžu kļūdu dēļ;- nukleotīdu ķīmiska aizstāšana, piemēram, guanīns-citozīns uz adenīns-guanīns.
- Atjaunošanas kļūdas:-mutācijas gēnos, kas ir atbildīgi par atsevišķu DNS ķēdes posmu labošanu pēc to pārrāvuma ārējo faktoru ietekmē.
- Problēmas ar rekombināciju:- neveiksmes šķērsošanas procesos mejozes vai mitozes laikā noved pie bāzu zuduma un pabeigšanas.
Šie ir galvenie faktori, kas izraisa spontānas mutācijas. Kļūmju iemesli var būt mutācijas gēnu aktivizēšana, kā arī drošu ķīmisko savienojumu pārvēršana aktīvākos metabolītos, kas ietekmē šūnas kodolu. Turklāt ir arī strukturāli faktori. Tie ietver nukleotīdu secības atkārtojumus vietas tuvumāķēdes pārkārtošanās, papildu DNS sekciju klātbūtne, kas pēc struktūras līdzīga gēnam, kā arī mobilie genoma elementi.
Mutācijas patoģenēze
Spontāna mutācija notiek visu iepriekš minēto faktoru ietekmes dēļ, kas noteiktā šūnas dzīves periodā darbojas kopā vai atsevišķi. Pastāv tāda parādība kā meitas un mātes DNS virkņu savienošanas pārī slīdošs pārkāpums. Rezultātā cilpas bieži veidojas no peptīdiem, kas nav spējuši atbilstoši iekļauties secībā. Pēc lieko DNS fragmentu noņemšanas no meitas virknes cilpas var gan rezektēt (delecijas), gan iebūvēt (dublēšana, ievietošana). Parādītās izmaiņas tiek fiksētas nākamajos šūnu dalīšanās ciklos.
Notiekošo mutāciju ātrums un skaits ir atkarīgs no DNS primārās struktūras. Daži zinātnieki uzskata, ka pilnīgi visas DNS sekvences ir mutagēnas, ja tās veido līkumus.
Visbiežāk sastopamās spontānās mutācijas
Kāda ir visizplatītākā ģenētiskā materiāla spontānu mutāciju izpausme? Šādu apstākļu piemēri ir slāpekļa bāzu zudums un aminoskābju atdalīšana. Citozīna atliekas tiek uzskatītas par īpaši jutīgām pret tām.
Ir pierādīts, ka mūsdienās vairāk nekā pusei mugurkaulnieku ir citozīna atlieku mutācijas. Pēc deaminācijas metilcitozīns pārvēršas par timīnu. Šīs sadaļas turpmākā kopēšana kļūdu atkārto vai izdzēš, vai dubulto unmutē par jaunu fragmentu.
Cits biežu spontānu mutāciju iemesls ir liels pseidogēnu skaits. Šī iemesla dēļ mejozes laikā var veidoties nevienlīdzīgas homologas rekombinācijas. Tā rezultātā notiek pārkārtošanās gēnos, pagriezieni un atsevišķu nukleotīdu secību dubultošanās.
Mutaģenēzes polimerāzes modelis
Saskaņā ar šo modeli spontānas mutācijas rodas nejaušu kļūdu rezultātā molekulās, kas sintezē DNS. Pirmo reizi šādu modeli prezentēja Breslers. Viņš ierosināja, ka mutācijas parādās tāpēc, ka dažos gadījumos polimerāzes secībā ievieto nekomplementārus nukleotīdus.
Gadus vēlāk pēc ilgiem testiem un eksperimentiem šis viedoklis tika apstiprināts un pieņemts zinātnes pasaulē. Ir pat izsecināti noteikti modeļi, kas ļauj zinātniekiem kontrolēt un vadīt mutācijas, pakļaujot noteiktas DNS sadaļas ultravioletā starojuma iedarbībai. Tā, piemēram, tika konstatēts, ka adenīns visbiežāk ir iestrādāts pretī bojātajam tripletam.
Mutaģenēzes tautomērs modelis
Citu teoriju, kas izskaidro spontānas un mākslīgas mutācijas, ierosināja Vatsons un Kriks (DNS struktūras atklājēji). Viņi ierosināja, ka mutaģenēze ir balstīta uz dažu DNS bāzu spēju pārvērsties tautomērās formās, kas maina bāzu savienojuma veidu.
Pēc publicēšanas hipotēze tika aktīvi izstrādāta. Pēc tam tika atklātas jaunas nukleotīdu formasapstarojot tos ar ultravioleto gaismu. Tas deva zinātniekiem jaunas pētniecības iespējas. Mūsdienu zinātne joprojām apspriež tautomēru formu lomu spontānā mutaģenēzē un to ietekmi uz atklāto mutāciju skaitu.
Citi modeļi
Iespējama spontāna mutācija, pārkāpjot DNS polimerāžu veikto nukleīnskābju atpazīšanu. Poltajevs un līdzautori noskaidroja mehānismu, kas nodrošina komplementaritātes principa ievērošanu meitas DNS molekulu sintēzē. Šis modelis ļāva izpētīt spontānās mutaģenēzes parādīšanās likumsakarības. Zinātnieki savu atklājumu skaidroja ar to, ka galvenais DNS struktūras izmaiņu iemesls ir nekanonisku nukleotīdu pāru sintēze.
Viņi ierosināja, ka bāzes aizstāšana notiek DNS segmentu deaminācijas dēļ. Tas noved pie citozīna maiņas par timīnu vai uracilu. Šādu mutāciju dēļ veidojas nesaderīgu nukleotīdu pāri. Tāpēc nākamās replikācijas laikā notiek pāreja (nukleotīdu bāzes punktu aizstāšana).
Mutāciju klasifikācija: spontāna
Pastāv dažādas mutāciju klasifikācijas atkarībā no tā, kurš kritērijs ir to pamatā. Ir iedalījums pēc gēna funkcijas izmaiņu rakstura:
- hipomorfs (mutācijas alēles sintezē mazāk olb altumvielu, bet tās ir līdzīgas oriģinālajām);
- amorfs (gēns ir pilnībā zaudējis savas funkcijas);
- antimorfs (mutācijas gēns pilnībā maina šo pazīmi, kas apzīmē);- neomorfs (parādās jaunas pazīmes).
Bet biežāk sastopama klasifikācija, kas visas mutācijas sadala proporcionāli mainīgajamstruktūra. Izcelt:
1. Genomiskās mutācijas. Tie ietver poliploīdiju, tas ir, genoma veidošanos ar trīskāršu vai vairāku hromosomu kopu, un aneuploīdiju, hromosomu skaits genomā nav haploīdā skaitļa daudzkārtnis.
2. Hromosomu mutācijas. Tiek novērotas ievērojamas atsevišķu hromosomu sekciju pārkārtošanās. Notiek informācijas zudums (dzēšana), tās dubultošanās (dublēšanās), nukleotīdu secību virziena maiņa (inversija), kā arī hromosomu sekciju pārnešana uz citu vietu (translokācija).3. Gēnu mutācija. Visizplatītākā mutācija. DNS ķēdē tiek aizstātas vairākas nejaušas slāpekļa bāzes.
Mutāciju sekas
Spontānas mutācijas ir cilvēku un dzīvnieku audzēju, uzglabāšanas slimību, orgānu un audu disfunkciju cēloņi. Ja mutācijas šūna atrodas lielā daudzšūnu organismā, tad ar lielu varbūtības pakāpi tā tiks iznīcināta, izraisot apoptozi (programmētu šūnu nāvi). Organisms kontrolē ģenētiskā materiāla saglabāšanas procesu un ar imūnsistēmas palīdzību atbrīvojas no visām iespējamām bojātajām šūnām.
Vienā gadījumā no simtiem tūkstošu T-limfocītiem nav laika atpazīt skarto struktūru, un tas rada šūnu klonu, kas satur arī mutācijas gēnu. Šūnu konglomerātam jau ir citas funkcijas, tas ražo toksiskas vielas un negatīvi ietekmē ķermeņa vispārējo stāvokli.
Ja mutācija notikusi nevis somatiskajā, bet dzimumšūnā, tad izmaiņas būs novērojamas pēcnācējos. Viņi irizpaužas ar iedzimtām orgānu patoloģijām, deformācijām, vielmaiņas traucējumiem un uzkrāšanās slimībām.
Spontānas mutācijas: nozīme
Dažos gadījumos iepriekš šķietami bezjēdzīgas mutācijas var būt noderīgas, lai pielāgotos jauniem dzīves apstākļiem. Tas apzīmē mutāciju kā dabiskās atlases mērauklu. Dzīvnieki, putni un kukaiņi tiek maskēti atbilstoši to dzīvesvietai, lai pasargātu sevi no plēsējiem. Bet, ja to biotops mainās, tad ar mutāciju palīdzību daba cenšas aizsargāt sugu no izzušanas. Jaunos apstākļos labākie izdzīvo un nodod šo spēju citiem.
Mutācija var notikt neaktīvos genoma reģionos, un tad nekādas redzamas izmaiņas fenotipā netiek novērotas. Atklāt "lūšanu" iespējams tikai ar konkrētu pētījumu palīdzību. Tas nepieciešams, lai izpētītu radniecīgo dzīvnieku sugu izcelsmi un sastādītu to ģenētiskās kartes.
Mutāciju spontanitātes problēma
Pagājušā gadsimta 40. gados pastāvēja teorija, ka mutācijas izraisa tikai ārējo faktoru ietekme un palīdz tiem pielāgoties. Lai pārbaudītu šo teoriju, tika izstrādāta īpaša pārbaudes un atkārtošanas metode.
Procedūra sastāvēja no tā, ka mēģenēs tika iesēts neliels daudzums vienas un tās pašas sugas baktēriju un pēc vairākām inokulācijām tām tika pievienotas antibiotikas. Daži mikroorganismi izdzīvoja un tika pārnesti uz jaunu barotni. Baktēriju salīdzinājums no dažādām caurulēm parādīja, ka radās rezistencespontāni gan pirms, gan pēc antibiotiku lietošanas.
Atkārtošanas metode bija tāda, ka mikroorganismi tika pārnesti uz mīkstu drānu un pēc tam vienlaikus pārvietoti uz vairākām tīrām barotnēm. Jaunās kolonijas tika kultivētas un apstrādātas ar antibiotikām. Rezultātā baktērijas, kas atrodas tajās pašās barotnes daļās, izdzīvoja dažādās mēģenēs.
