Mutācijas ir svarīgs citoģenētiķu un bioķīmiķu izpētes objekts. Tieši mutācijas, gēnu vai hromosomu, visbiežāk ir iedzimtu slimību cēlonis. Dabiskos apstākļos hromosomu pārkārtošanās notiek ļoti reti. Mutācijas, ko izraisa ķīmiskas vielas, bioloģiskie mutagēni vai fizikāli faktori, piemēram, jonizējošais starojums, bieži ir iedzimtu anomāliju un ļaundabīgu audzēju cēlonis.
Vispārīga informācija par mutācijām
Hjū de Vrīss mutāciju definēja kā pēkšņas iedzimtas pazīmes izmaiņas. Šī parādība ir sastopama visu dzīvo organismu genomā, sākot no baktērijām līdz cilvēkiem. Normālos apstākļos mutācijas nukleīnskābēs notiek ļoti reti, ar biežumu aptuveni 1 10–4 – 1 10–10.
Atkarībā no izmaiņu ietekmētā ģenētiskā materiāla daudzuma mutācijas iedala genoma, hromosomu un gēnu mutācijas. Genomiski ir saistīti ar hromosomu skaita izmaiņām (monosomija, trisomija, tetrasomija); hromosomu ir saistītas ar izmaiņām indivīda struktūrāhromosomas (delecijas, dublēšanās, translokācijas); gēnu mutācijas ietekmē vienu gēnu. Ja mutācija ietekmēja tikai vienu nukleotīdu pāri, tad tā ir punktveida mutācija.
Atkarībā no cēloņiem, kas tos izraisījuši, izšķir spontānas un inducētas mutācijas.
Spontānas mutācijas
Spontānas mutācijas organismā notiek iekšēju faktoru ietekmē. Spontānas mutācijas tiek uzskatītas par normālām, tās reti rada nopietnas sekas ķermenim. Visbiežāk šādas pārkārtošanās notiek viena un tā paša gēna ietvaros, kas saistītas ar bāzu aizstāšanu - purīns pret citu purīnu (pāreja), vai purīns pret pirimidīnu (transversija).
Ievērojami retāk hromosomās notiek spontānas mutācijas. Hromosomu spontānas mutācijas parasti attēlo translokācijas (viena vai vairāku gēnu pārnešana no vienas hromosomas uz otru) un inversijas (gēnu secības izmaiņas hromosomā).
Izraisītās pārkārtošanās
Ķermeņa šūnās notiek inducētas mutācijas ķīmisko vielu, starojuma vai vīrusu replikācijas materiāla ietekmē. Šādas mutācijas parādās biežāk nekā spontānas, un tām ir daudz nopietnākas sekas. Tie ietekmē atsevišķus gēnus un gēnu grupas, bloķējot atsevišķu proteīnu sintēzi. Inducētās mutācijas bieži globāli ietekmē genomu, tieši mutagēnu ietekmē šūnā parādās patoloģiskas hromosomas: izohromosomas, gredzena hromosomas, dicentrikas.
Mutagēni papildus hromosomu pārkārtojumiem izraisa DNS bojājumus: dubultās virknes pārtraukumus,DNS šķērssaišu veidošanās.
Ķīmisko mutagēnu piemēri
Ķīmiskie mutagēni ir nitrāti, nitrīti, slāpekļa bāzes analogi, slāpekļskābe, pesticīdi, hidroksilamīns, dažas pārtikas piedevas.
Slāpekļskābe izraisa aminogrupas atdalīšanu no slāpekļa bāzēm un aizstāj ar citu grupu. Tas noved pie punktu mutācijām. Hidroksilamīns izraisa arī ķīmiski izraisītas mutācijas.
Nitrāti un nitrīti lielās devās palielina vēža risku. Daži uztura bagātinātāji izraisa nukleīnskābju arilēšanas reakcijas, kas izraisa transkripcijas un translācijas procesu traucējumus.
Ķīmiskie mutagēni ir ļoti dažādi. Bieži vien šīs vielas izraisa inducētas mutācijas hromosomās.
Fiziskie mutagēni
Fizikālie mutagēni ietver jonizējošo starojumu, galvenokārt īsviļņu un ultravioleto starojumu. Ultravioletais starojums sāk lipīdu peroksidācijas procesu membrānās, provocē dažādu DNS defektu veidošanos.
Rentgens un gamma starojums provocē mutācijas hromosomu līmenī. Šādas šūnas nav spējīgas dalīties, tās mirst apoptozes laikā. Inducētās mutācijas var ietekmēt arī atsevišķus gēnus. Piemēram, audzēju supresoru gēnu bloķēšana izraisa audzējus.
Izraisītu pārkārtojumu piemēri
Izraisīto mutāciju piemēri ir dažādas ģenētiskas slimības, kas biežāk izpaužas zonās, kurām ir nosliece uzfiziska vai ķīmiska mutagēna faktora iedarbība. Jo īpaši ir zināms, ka Indijas Keralas štatā, kur jonizējošā starojuma gada efektīvā deva 10 reizes pārsniedz normu, palielinās bērnu ar Dauna sindromu (trisomija 21. hromosomā) piedzimšanas biežums. Ķīnas apgabalā Jandzjanas augsnē tika atrasts liels daudzums radioaktīvā monacīta. Tā sastāvā esošie nestabilie elementi (cērijs, torijs, urāns) sadalās, atbrīvojoties gamma kvantiem. Īsviļņu starojuma iedarbība novadā izraisījusi lielu skaitu bērnu ar raudošu kaķu sindromu piedzimšanu (lielas 8. hromosomas sadaļas dzēšana), kā arī palielinājusi saslimstību ar vēzi. Vēl viens piemērs: 1987. gada janvārī Ukrainā tika reģistrēts rekordliels bērnu ar Dauna sindromu piedzimšanu skaits, kas saistīts ar Černobiļas avāriju. Pirmajā grūtniecības trimestrī auglis ir visjutīgākais pret fizikālo un ķīmisko mutagēnu iedarbību, tāpēc kolosāla starojuma deva ir izraisījusi hromosomu anomāliju biežuma palielināšanos.
Viens no bēdīgi slavenajiem ķīmiskajiem mutagēniem vēsturē ir nomierinošais talidomīds, ko 20. gadsimta 50. gados ražoja Vācijā. Šo zāļu lietošana ir izraisījusi daudzu bērnu piedzimšanu ar dažādām ģenētiskām anomālijām.
Inducētās mutācijas metodi zinātnieki parasti izmanto, lai atrastu labāko veidu, kā cīnīties pret autoimūnām slimībām un ģenētiskām novirzēm, kas saistītas ar proteīnu hipersekrēciju.
