Spontana mutacija: klasifikacija, uzroci, primeri

Koje mutacije se nazivaju spontane? Ako prevedete termin na pristupačan jezik, onda su to prirodne greške koje se javljaju tokom interakcije genetskog materijala sa unutrašnjim i / ili spoljnim okruženjem. Takve mutacije su obično slučajne. Oni se posmatraju u genitaliji iu drugim ćelijama tela.

Eksogeni uzroci mutacija

Spontana mutacija se može javiti pod uticajem hemikalija, zračenja, pod uticajem visoke ili niskih temperatura, retenzionog vazduha ili visokog pritiska.

Svake godine, u proseku, osoba apsorbuje oko jedne desetine serije jonizujućih zračenja, što je prirodno zračenje. Ovaj broj uključuje gama zračenje Zemljinog jezgra, solarni vetar, radioaktivnost elemenata koji leže u debljini zemaljske korice i rastvoreni u atmosferi. Dobijena doza zavisi i od toga gde se osoba nalazi. Četvrtina svih spontanih mutacija se odvija upravo zbog ovog faktora.

Ultravioletno zračenje, suprotno popularnom verovanju, igra manju ulogu u pojave dijapazona DNK, jer ne može prodreti duboko u ljudsko tijelo. Ali koža često pati od prekomjerne insolacije (melanoma i drugih karcinoma). Međutim, jednoćelijski organizmi i virusi mutiraju pod uticajem sunčeve svetlosti.

Previše visoke ili niske temperature takođe mogu izazvati promene u genetičkom materijalu.

Endogeni uzroci mutacija

Glavni razlozi zbog kojih može doći spontana mutacija su endogeni faktori. Ovo uključuje nusproizvode metabolizma, greške u procesu replikacije, popravke ili rekombinacije i druge.

1. Propusti replikacije:
   - spontani prelazi i inverzije azotnih baza;
   - pogrešno uključivanje nukleotida zbog greške DNK polimeraze;
   - hemijska zamena nukleotida, na primer gvanin-citozin adenin-gvanin.
2. Greške pri oporavku:
   - mutacije u genom odgovornim za popravku pojedinačnih delova DNK lanca nakon njihovog rupture pod uticajem spoljašnjih faktora.
3. Problemi sa rekombinacijom:
   - kvarovi u procesu prelaska pod mioozom ili mitozom dovode do odlaganja i završetka baza.

To su glavni faktori koji izazivaju spontane mutacije. Uzroci kvarova mogu biti aktivacija mutacijskih gena, kao i transformacija sigurnih hemijskih jedinjenja u aktivnije metabolite koji utiču na jezgro ćelije. Pored toga, i dalje postoje strukturalni faktori. To uključuje ponavljanje sekvence nukleotida blizu mesta preuređivanja lanca, prisustvo dodatnih dijelova DNK sličnih u strukturi sa genom, kao i pokretnih elemenata genoma.

Patogeneza mutacije

Spontana mutacija proizlazi iz uticaja svih gore navedenih faktora, djelujući zajedno ili odvojeno u određenom periodu ćelije ćelije. Postoji takav fenomen kao klizno poremećaj parenja kćerke i majke DNK ćilima. Kao rezultat, često se formiraju petlje peptida, koje se ne mogu adekvatno ugraditi u sekvencu. Nakon uklanjanja viška DNK iz lanca kćeri, petlje se mogu obojiti (brisanje) i ugraditi (duplikacije, umetanja). Promjene su fiksirane u sljedećim ciklusima ćelijske podjele.

Stopa i broj mutacija koji nastaju zavise od primarne strukture DNK. Neki naučnici veruju da apsolutno sve DNK sekvence imaju mutagenost, ako se oblikuju krivine.

Najčešće spontane mutacije

Šta se najčešće manifestuje u genetskom materijalu spontanih mutacija? Primeri takvih stanja su gubitak azotnih baza i uklanjanje aminokiselina. Ostaci citozina su posebno osetljivi na njih.

Do sada je dokazano da više od polovine kičmenjaka ima mutaciju ostataka citozina. Nakon deaminacije, metilcitozin se menja u timin. Naknadno kopiranje ovog odeljka ponavlja grešku ili ga briše ili udvostručuje i mutira u novi fragment.

Drugi razlog za česte spontane mutacije je veliki broj pseudogena. Zbog toga, u procesu meioze mogu se formirati nejednake homologne rekombinacije. Posledica ovoga su preuređenja u gene, rotacije i udvostručavanje pojedinačnih nukleotidnih sekvenci.

Polimerazni model mutageneze

Prema ovom modelu, spontane mutacije nastaju kao rezultat slučajnih grešaka molekula koji sintetišu DNK. Po prvi put takav model je predstavio Bresler. On je sugerisao da su mutacije posledica činjenice da polimeraze u nekim slučajevima sadrže nekomplikativne nukleotide u sekvencu.

Godine kasnije, nakon dugih inspekcija i eksperimenata, ovaj stav je odobren i prihvaćen u naučnom svetu. Izvedene su neke zakonitosti koje omogućavaju naučnicima da kontrolišu i usmeravaju mutacije izlaganjem određenih regiona DNK ultraljubičastom zračenju. Na primjer, utvrđeno je da se adrenin najčešće izgrađuje ispred oštećenog trojka.

Tautomerni model mutageneze

Druga teorija koja objašnjava spontane i veštačke mutacije predložili su Watson i Crick (pronalazači strukture DNK). Predložili su da se mutageneza zasniva na sposobnosti određenih baza DNK da se transformišu u tautomerne forme koje menjaju način na koji su baze spojeni.

Nakon objavljivanja, hipoteza se aktivno razvijala. Novi oblici nukleotida otkriveni su nakon zračenja sa svojim ultraljubičastim vlaknima. To je naučnicima omogućilo nove mogućnosti za istraživanje. Savremena nauka još uvijek raspravlja o ulozi tautomernih oblika u spontanu mutagenezu i njenom uticaju na broj otkrivenih mutacija.

Ostali modeli

Spontana mutacija je moguća ako nukleinske kiseline ne prepoznaju DNK DNA polimeraze. Poltayev i koautori su pojasnio mehanizam koji osigurava princip komplementarnosti u sintezi molekula ćerke DNK. Ovaj model je omogućio proučavanje regularnosti pojavljivanja spontane mutageneze. Naučnici su objasnili njihovo otkriće činjenicom da je glavni uzrok promjene u strukturi DNK sinteza ne-kanoničkih parova nukleotida.

Oni su sugerisali da je oticanje baza posledica deaminacije DNK profila. To dovodi do promene citosina na timin ili uracil. Zbog takvih mutacija formiraju se par nekompatibilnih nukleotida. Stoga, tokom sledeće replikacije, postoji tranzicija (tačka supstitucija nukleotidnih baza).

Klasifikacija mutacija: spontano

Postoje različite klasifikacije mutacija u zavisnosti od kog su kriterijuma na njihovoj osnovi. Postoji razdvajanje prema prirodi promene u funkciji gena:

- hipomorfni (mutirani aleli sintetišu manje proteina, ali slični su originalnim);
- amorfan (gen potpuno izgubio svoje funkcije);
- antimorfni (mutirani gen potpuno menja znak koji on predstavlja);
- neomorfni (pojavljuju se novi znaci).

Ali klasifikacija je češća, koja deli sve mutacije srazmerno promenljivoj strukturi. Raspodjela:

1. Genomske mutacije. To uključuje poliploidiju, to jest, formiranje genoma sa tri ili više hromozomskih setova i aneuploidijom - broj hromozoma u genomu nije višestruki od haploida.
2. Hromozomske mutacije. U nekim delovima hromozoma postoje značajne promjene. Razlikuju se gubitak informacija (brisanje), njegovo dupliranje (dupliranje), promena orijentacije nukleotidnih sekvenci (inverzija) i prebacivanje regija hromozoma na drugo mesto (translokacija).
3. Genetska mutacija. Najčešća mutacija. U lancu DNK zamenjuju se nekoliko nasumičnih azotnih baza.

Posledice mutacija

Spontane mutacije su uzroci tumora, bolesti akumulacije, disfunkcije organa i tkiva ljudi i životinja. Ako se mutirana ćelija nalazi u velikom višeličnom organizmu, onda će se sa visokim stepenom verovatnoće uništiti aktiviranjem apoptoze (programirana ćelijska smrt). Telo kontroliše proces očuvanja genetskog materijala i pomoću imunološkog sistema oslobađa se svih oštećenih ćelija.

U jednom slučaju, od stotina hiljada, T-limfociti nemaju vremena da prepoznaju pogođenu strukturu, a daje klon ćelija koje takođe sadrže mutirani gen. Konglomerat ćelija ima već druge funkcije, proizvodi toksične supstance i negativno utiče na opšte stanje tela.

Ako se mutacija nije desila u somatskom ali u seksualnoj ćeliji, onda će promene biti primećene u potomstvu. Oni se manifestuju kongenitalnim patologijama organa, deformiteta, metaboličkih poremećaja i akumulacionih bolesti.

Spontane mutacije: značaj

U nekim slučajevima, prethodno uzajamno beskorisne mutacije mogu biti korisne za adaptaciju u novim uslovima života. Ovo predstavlja mutaciju kao meru prirodne selekcije. Životinje, ptice i insekti imaju kamuflažnu boju koja odgovara području prebivališta, kako bi se zaštitila od predatora. Ali ako se njihova staništa razlikuju, onda pomoću mutacija priroda pokušava da zaštiti vrstu od izumiranja. U novim uslovima, najsigurniji preživi i prenosi ovu sposobnost drugima.

Mutacija može doći u neaktivnim delovima genoma, a zatim se ne primećuju vidljive promjene u fenotipu. Da bi se otkrili "slom" moguće je samo uz pomoć specifičnih studija. Ovo je neophodno za proučavanje porekla srodnih životinjskih vrsta i izradu njihovih genetičkih mapa.

Problem spontanosti mutacija

U četrdesetih godina prošlog veka došlo je do teorije da su mutacije prouzrokovane isključivo uticajima spoljnih faktora i pomoći im da se prilagode. Da bi se testirala ova teorija razvijen je poseban test i način ponavljanja.

Postupak se sastojao u činjenici da je mali broj bakterija jedne vrste posećen na epruvete i nakon nekoliko inokulacija dodato je antibiotici. Neki od mikroorganizama su preživjeli, i prebačeni u novo okruženje. Upoređivanje bakterija sa različitih epruveta pokazalo se da se otpor pojavio spontano, i pre i posle antitubatskog kontakta.

Metoda ponavljanja je bila da su mikroorganizmi prebačeni u fleke tkivo, a zatim prenijeti na nekoliko čistih medija istovremeno. Nove kolonije su kultivisane i tretirane antibiotikom. Zbog toga su bakterije u različitim epruvetama preživjele na istim dijelovima medija.