Мутації, мутагени, мутагенез.

Мутагени

Мутагенез — процес виникнення або штучного одержання успадкованих змін у геномах осіб, які виявляються через зміни у фенотипах.

Від 1907 до 1927 р. відбувається розвиток уявлень про мутації та їх частоту — Г. Д. Мюллер створює метод кількісного аналізу, Т. Х. Морган пояснює механізм виникнення мутацій (він пов’язав із ними зміну в локусах). У 1921 р. формулюється ідея про збереження здатності генома до самовідтворення при зміні його властивостей — «коваріантна редуплікація».

Від 1927 до 1941 р. вченими досліджується радіаційний мутагенез; створюється теорія мішені (М. В. Тимофєєв-Ресовський, Циммер); визначається мутагенна дія ультрафіолетового випромінювання; відбуваються дискусії про природу генних мутацій.

 Ще у 1934 р. М. Є. Лобашев зазначав, що хімічні мутагени характеризуються трьома якостями: високим прониканням; здатністю змінювати колоїдний стан хромосом; певною дією на стан гена або хромосоми. Пріоритет відкриття хімічних мутагенів належить радянським дослідни­кам. 

У 1933 р. В. В. Сахаров одержав мутації шляхом дії йоду, у 1934 р. М. Є. Лобашев — використовуючи амоніак.

У 1941–1953 роках відбувається відкриття хімічного мутагенезу; створюється концепція премутаційних (потенційних) пошкоджень; М. Є. Лобашев створює концепцію виникнення мутацій через нетотожну репарацію. У 1946 р. радянський генетик І. А. Рапопорт виявив сильну мутагенну дію формаліну й етиленіміну, а англійська дослідниця Ш. Ауербах — іприту. Пізніше було відкрито багато інших хімічних мутагенів.

У 1953–1965 роках формулюється принцип будови і реплікації ДНК; розкривається хімічна природа нуклеїнових кислот; зроблено фото репарації; введено поняття «мутагеноспецифічність»; вивчається індукований мутагенез, біохімічна і молекулярна концепції природи мутагенезу.

Від 1965 р. до середини 70-х років увага вчених зосереджується на клітині (замість ДНК); вивчається проблема потенційних ушкоджень і репарації; розглядається зв’язок мутацій із клітинним життям.

Із середини 70-х років минулого століття і до теперішніх часів: відкрито мобільні генетичні елементи (матеріальна основа нестабільності геному), визначена роль рекомбінації як джерела спадкових змін; визнано проблеми, пов’язані з мінливістю генома.

Довідка

Герман Джозеф Мюллер (1890–1967) — американський генетик, учень Томаса Моргана, лауреат Нобелівської премії з фізіології і медицини (1946 р.). Найбільш відомий своїми роботами у сфері мутагенної дії рентгенівських променів і радикальними політичними поглядами.

Микола Володимирович Тимофєєв-Ресовський (1900–1981) — радянський біолог, генетик. Основні напрямки досліджень — радіаційна генетика, популяційна генетика, проблеми мікроеволюції.

Михайло Єфремович Лобашев (1907–1971) — радянський генетик та фізіолог, професор. Основні праці з фізіології процесів мутації та рекомбінації, генетики поведінки, фізіології вищої нервової діяльності та формування пристосувальних реакцій організму в онтогенезі тварин.

2. Мутагени. Види мутагенів

Мутагени — фізичні й хімічні чинники, що спричинюють стійкі спадкові зміни — мутації. Мутагенна дія властива йонізуючому та ультрафіолетовому опроміненню, різним природним (наприклад колхіцин) та штучним (нітрозопохідні сечовини, азотиста кислота тощо) хімічним сполукам.

Мутагенез є наслідком пошкоджень у молекулах ДНК, пошкоджень хромосом або порушень процесів поділу клітин.

Тривалий час причини мутацій залишалися нез’ясованими. Вперше штучні мутації були одержані в 1925 р. Г. А. Надсеном та Г. С. Філіпповим у дріжджів дією радіоактивного випромінювання радію. У 1927 р. Герман Меллер одержав мутації у мухи-дрозофіли дією рентгенівських променів. Здатність хімічних речовин спричинювати мутації (дією йоду на дрозофіл) відкрита в 1932 р. В. В. Сахаровим. У мух, що розвинулися з цих личинок, частота мутацій виявилася в кілька разів вищою, ніж у контрольних особин.

Мутагени широко застосовуються в селекції для отримання нових штамів мікроорганізмів та сортів рослин, а також у генетичних експериментах. Якщо мутагени потрапляють до організму людини, то вони можуть спричинювати появу патологій, наприклад злоякісних пухлин. Саме через це в багатьох країнах усі хімічні сполуки перевіряють на наявність мутагенів. Також контролюється наявність мутагенів у навколишньому середовищі.

Мутагени універсальні, тобто вони можуть спричинювати мутації у будь-якого біологічного виду. Дія мутагенних чинників неспрямована: один чинник, діючи з однаковою силою на генетично ідентичні організми, може спричинити різні зміни, і навпаки, різні мутагени можуть спричинити в різних видів однакові мутації.

Класифікація мутагенів

За походженням:

• ендогенні (утворюються в процесі життєдіяльності організму);
• екзогенні (усі інші фактори, у тому числі й умови навколишнього середовища).

За природою виникнення мутагени класифікують на фізичні, хімічні та біологічні.

Фізичні мутагени:

• йонізуюче випромінювання;
• радіоактивний розпад;
• ультрафіолетове випромінювання;
• надмірно висока або низька температура.

Хімічні мутагени:

• окисники та відновники (нітрати, нітрити, активні форми кисню);
• алкілуючі реагенти (йодацетамід);
• пестициди (гербіциди, фунгіциди);
• деякі харчові добавки (ароматичні вуглеводні, цикламати);
• продукти переробки нафти;
• органічні розчинники;
• лікарські препарати (препарати ртуті, імунодепресанти).

До хімічних мутагенів умовно можна віднести і ряд вірусів (мутагенним чинником вірусів є їхні нуклеїнові кислоти — ДНК або РНК).

Біологічні мутагени:

• специфічні послідовності ДНК — мігруючі генетичні елементи;
• деякі віруси (вірус кору, краснухи, грипу);
• продукти обміну речовин (продукти окислення ліпідів);
• антигени деяких мікроорганізмів.

Мутації по­діляють на спонтанні та індуковані.

 Спонтанними називають мутації, що виникають під впливом невідомих при­родних факторів, найчастіше як ре­зультат помилок при рекомбінації ДНК.

 Індуковані мутації спричиняються спрямованою дією чинників, що підвищують мутаційний про­цес.

Індукований мутагенез — це виникнення спадкових змін під впливом спрямованої дії факторів зовнішнього і внутрішнього середовищ.

Спонтанний мутагенез — виникнення мутацій без установлених причин.

Частота виникнення мутацій залежить від:

• генотипу організму;
• фази онтогенезу;
• стадії онтогенезу;
• стадії гаметогенезу;
• мітотичного і мейотичного циклів хромосом;
• хімічної будови окремих ділянок хромосом та ін.