Mitä mutaatioita kutsutaan spontaaneiksi? Jos käännämme termin saatavilla olevalle kielelle, nämä ovat luonnollisia virheitä, joita esiintyy geneettisen materiaalin vuorovaikutuksessa sisäisen ja / tai ulkoisen ympäristön kanssa. Tällaiset mutaatiot ovat yleensä satunnaisia. Niitä havaitaan sukupuolielimissä ja muissa kehon soluissa.
Mutaatioiden eksogeeniset syyt
Spontaani mutaatio voi tapahtua kemikaalien, säteilyn, korkeiden tai alhaisten lämpötilojen, harvennetun ilman tai korkean paineen vaikutuksesta.
Ihminen absorboi vuosittain keskimäärin noin kymmenesosan radista ionisoivaa säteilyä, joka muodostaa luonnollisen säteilytaustan. Tämä luku sisältää Maan ytimen gammasäteilyn, aurinkotuulen sekä maankuoren paksuudesta löydettyjen ja ilmakehään liuenneiden alkuaineiden radioaktiivisuuden. Saatu annos riippuu myös henkilön sijainnista. Neljännes kaikista spontaaneista mutaatioista johtuu tästä tekijästä.
UV-säteilyllä, toisin kuin yleisesti luullaan, on vähäinen rooliDNA:n hajoamisen esiintyminen, koska se ei voi tunkeutua tarpeeksi syvälle ihmiskehoon. Mutta iho kärsii usein liiallisesta auringosta (melanooma ja muut syövät). Yksisoluiset organismit ja virukset mutatoituvat kuitenkin joutuessaan alttiiksi auringonvalolle.
Liian korkea tai matala lämpötila voi myös aiheuttaa muutoksia geneettisessä materiaalissa.
Mutaatioiden endogeeniset syyt
Pääasialliset syyt spontaanin mutaation esiintymiseen ovat endogeenisiä tekijöitä. Näitä ovat aineenvaihdunnan sivutuotteet, virheet replikaatio-, korjaus- tai rekombinaatioprosessissa ja muut.
-
Replikaatiohäiriöt:
- typpipitoisten emästen spontaanit siirtymät ja inversiot;
- nukleotidien virheellinen lisäys DNA-polymeraasivirheiden vuoksi;- nukleotidien kemiallinen korvaaminen, esimerkiksi guaniini-sytosiini adeniini-guaniiniksi.
- Palautusvirheet:-mutaatiot geeneissä, jotka vastaavat DNA-ketjun yksittäisten osien korjaamisesta niiden katkettua ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta.
- Rekombinaatioongelmia:- epäonnistumiset ylitysprosesseissa meioosin tai mitoosin aikana johtavat emästen katoamiseen ja valmistumiseen.
Nämä ovat tärkeimmät tekijät, jotka aiheuttavat spontaaneja mutaatioita. Epäonnistumisen syyt voivat olla mutaattorigeenien aktivaatiossa sekä turvallisten kemiallisten yhdisteiden muuttumisessa aktiivisemmiksi metaboliiteiksi, jotka vaikuttavat solun tumaan. Lisäksi on olemassa rakenteellisia tekijöitä. Näitä ovat nukleotidisekvenssin toistot lähellä kohtaaketjujen uudelleenjärjestelyt, geenin rakenteeltaan samank altaisten DNA-osien läsnäolo sekä genomin liikkuvat elementit.
Mutaatioiden patogeneesi
Spontaani mutaatio tapahtuu kaikkien yllä olevien tekijöiden vaikutuksesta, jotka vaikuttavat yhdessä tai erikseen solun tietyn ajanjakson aikana. On olemassa sellainen ilmiö kuin tyttären ja äidin DNA-säikeiden pariutumisen liukuva rikkominen. Tämän seurauksena silmukoita muodostuu usein peptideistä, jotka eivät ole kyenneet mahtumaan sekvenssiin riittävästi. Kun ylimääräiset DNA-fragmentit on poistettu tytärjuosteesta, silmukat voidaan sekä resektoida (deleetiot) että rakentaa sisään (duplikaatiot, insertiot). Ilmenneet muutokset korjataan seuraavissa solunjakautumissykleissä.
Tapahtuvien mutaatioiden määrä ja määrä riippuvat DNA:n primäärirakenteesta. Jotkut tutkijat uskovat, että ehdottomasti kaikki DNA-sekvenssit ovat mutageenisia, jos ne muodostavat mutkia.
Yleisimmät spontaanit mutaatiot
Mikä on yleisin ilmentymä spontaaneista mutaatioista geneettisessä materiaalissa? Esimerkkejä tällaisista olosuhteista ovat typpipitoisten emästen häviäminen ja aminohappojen poistaminen. Sytosiinijäämiä pidetään erityisen herkkinä niille.
On todistettu, että nykyään yli puolella selkärankaisista on sytosiinitähteiden mutaatio. Deaminoinnin jälkeen metyylisytosiini muuttuu tymiiniksi. Tämän osan myöhempi kopiointi toistaa virheen tai poistaa sen tai kaksinkertaistaa jamutatoituu uudeksi fragmentiksi.
Toinen syy toistuviin spontaaneihin mutaatioihin on suuri määrä pseudogeenejä. Tästä johtuen meioosin aikana voi muodostua epätasa-arvoisia homologisia rekombinaatioita. Tämä johtaa uudelleenjärjestelyihin geeneissä, käännöksiin ja yksittäisten nukleotidisekvenssien kaksinkertaistumiseen.
Mutageneesin polymeraasimalli
Tämän mallin mukaan spontaaneja mutaatioita tapahtuu satunnaisten virheiden seurauksena DNA:ta syntetisoivissa molekyyleissä. Bresler esitteli ensimmäistä kertaa tällaisen mallin. Hän ehdotti, että mutaatiot ilmenevät johtuen siitä, että polymeraasit joissakin tapauksissa lisäävät ei-komplementaarisia nukleotideja sekvenssiin.
Vuosia myöhemmin pitkien testien ja kokeiden jälkeen tämä näkökulma hyväksyttiin ja hyväksyttiin tiedemaailmassa. On jopa päätelty tiettyjä malleja, joiden avulla tutkijat voivat hallita ja ohjata mutaatioita altistamalla tietyt DNA-osat ultraviolettivalolle. Niinpä esimerkiksi havaittiin, että adeniini on useimmiten upotettu vastapäätä vaurioitunutta kolmiota.
Taautomeerinen mutageneesimalli
Toisen teorian, joka selittää spontaaneja ja keinotekoisia mutaatioita, ehdottivat Watson ja Crick (DNA:n rakenteen löytäjät). He ehdottivat, että mutageneesi perustuu joidenkin DNA-emästen kykyyn muuttua tautomeerisiksi muodoiksi, jotka muuttavat tapaa, jolla emäkset liittyvät toisiinsa.
Julkaisemisen jälkeen hypoteesia kehitettiin aktiivisesti. Sen jälkeen löydettiin uusia nukleotidien muotojasäteilyttämällä niitä ultraviolettivalolla. Tämä antoi tutkijoille uusia mahdollisuuksia tutkimukseen. Nykytiede keskustelee edelleen tautomeeristen muotojen roolista spontaanissa mutageneesissä ja sen vaikutuksesta havaittujen mutaatioiden määrään.
Muut mallit
Spontaani mutaatio on mahdollinen, mikä rikkoo DNA-polymeraasien nukleiinihappojen tunnistamista. Poltaev ja muut kirjoittajat selvittivät mekanismin, joka varmistaa komplementaarisuuden periaatteen noudattamisen tytär-DNA-molekyylien synteesissä. Tämä malli mahdollisti spontaanin mutageneesin esiintymisen säännönmukaisuuksien tutkimisen. Tiedemiehet selittivät löytönsä sillä, että tärkein syy DNA:n rakenteen muutokseen on ei-kanonisten nukleotidiparien synteesi.
He ehdottivat, että emässubstituutio tapahtuu DNA-segmenttien deaminaatiosta johtuen. Tämä johtaa sytosiinin muuttumiseen tymiiniksi tai urasiiliksi. Tällaisten mutaatioiden vuoksi muodostuu yhteensopimattomien nukleotidien pareja. Siksi seuraavan replikaation aikana tapahtuu siirtymä (nukleotidiemästen pistekorvaus).
Mutaatioiden luokitus: spontaani
Mutaatioille on olemassa erilaisia luokituksia riippuen siitä, mikä kriteeri niiden taustalla on. On olemassa jako geenin toiminnan muutoksen luonteen mukaan:
- hypomorfinen (mutatoituneet alleelit syntetisoivat vähemmän proteiineja, mutta ne ovat samanlaisia kuin alkuperäiset);
- amorfinen (geeni on täysin menettänyt toimintansa);
- antimorfinen (mutatoitunut geeni muuttaa kokonaan sen piirteen, joka edustaa);- neomorfinen (uusia merkkejä ilmaantuu).
Mutta yleisempi luokitus, joka jakaa kaikki mutaatiot suhteessa muuttujaanrakenne. Korosta:
1. Genomiset mutaatiot. Näitä ovat polyploidia, eli sellaisen genomin muodostuminen, jossa on kolme tai useampia kromosomeja, ja aneuploidia, genomin kromosomien lukumäärä ei ole haploidiluvun monikerta.
2. Kromosomimutaatiot. Merkittäviä kromosomien yksittäisten osien uudelleenjärjestelyjä havaitaan. Tapahtuu tiedon menetys (deleetio), sen kaksinkertaistuminen (kaksoistumista), nukleotidisekvenssien suunnan muutos (inversio) sekä kromosomiosien siirtyminen toiseen paikkaan (translokaatio).3. Geenimutaatio. Yleisin mutaatio. DNA-ketjussa korvataan useita satunnaisia typpipitoisia emäksiä.
Mutaatioiden seuraukset
Spontaanit mutaatiot aiheuttavat kasvaimia, varastoinnin sairauksia sekä elinten ja kudosten toimintahäiriöitä ihmisillä ja eläimillä. Jos mutatoitunut solu sijaitsee suuressa monisoluisessa organismissa, se tuhoutuu suurella todennäköisyydellä laukaisemalla apoptoosin (ohjelmoitu solukuolema). Keho hallitsee geneettisen materiaalin säilymisprosessia ja pääsee immuunijärjestelmän avulla eroon kaikista mahdollisista vaurioituneista soluista.
Yhdessä tapauksessa sadoista tuhansista T-lymfosyytit eivät ehdi tunnistamaan vahingoittunutta rakennetta, ja se synnyttää solukloonin, joka sisältää myös mutatoidun geenin. Solukonglomeraatilla on jo muita toimintoja, se tuottaa myrkyllisiä aineita ja vaikuttaa negatiivisesti kehon yleistilaan.
Jos mutaatio ei tapahtunut somaattisessa, vaan sukusolussa, muutokset havaitaan jälkeläisissä. He ovatilmenevät synnynnäisinä elinsairauksina, epämuodostumina, aineenvaihduntahäiriöinä ja varastoinnin sairauksina.
Spontaanit mutaatiot: merkitys
Joissakin tapauksissa aiemmin hyödyttömiltä näyttäneet mutaatiot voivat olla hyödyllisiä sopeutuessa uusiin elinoloihin. Tämä edustaa mutaatiota luonnollisen valinnan mittana. Eläimet, linnut ja hyönteiset naamioidaan niiden asuinalueen mukaan suojatakseen itseään petoeläimiltä. Mutta jos niiden elinympäristö muuttuu, luonto yrittää suojella lajeja sukupuuttoon mutaatioiden avulla. Uusissa olosuhteissa vahvimmat selviävät ja välittävät tämän kyvyn muille.
Mutaatiota voi tapahtua genomin inaktiivisilla alueilla, jolloin fenotyypissä ei havaita näkyviä muutoksia. On mahdollista havaita "rikko" vain erityisten tutkimusten avulla. Tämä on tarpeen sukulaiseläinlajien alkuperän tutkimiseksi ja niiden geneettisten karttojen laatimiseksi.
Mutaatioiden spontaanisuuden ongelma
Viime vuosisadan 40-luvulla oli teoria, jonka mukaan mutaatiot johtuvat yksinomaan ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta ja auttavat sopeutumaan niihin. Tämän teorian testaamiseksi kehitettiin erityinen testi- ja toistomenetelmä.
Toimenpide koostui siitä, että pieni määrä saman lajin bakteereja kylvettiin koeputkiin ja useiden rokotusten jälkeen niihin lisättiin antibiootteja. Jotkut mikro-organismeista selvisivät ja siirrettiin uuteen elatusaineeseen. Eri putkien bakteerien vertailu osoitti, että vastustuskyky syntyispontaanisti, sekä ennen antibiootti altistusta että sen jälkeen.
Toistomenetelmä oli, että mikro-organismit siirrettiin pehmeälle kankaalle ja siirrettiin sitten samanaikaisesti usealle puhtaalle alustalle. Uusia pesäkkeitä viljeltiin ja käsiteltiin antibiootilla. Tämän seurauksena bakteerit, jotka sijaitsevat samoissa osissa alustaa, selvisivät eri koeputkissa.
