Mutaatiot ovat tärkeä tutkimuskohde sytogenetikoille ja biokemisteille. Geeni- tai kromosomimutaatiot ovat useimmiten perinnöllisten sairauksien syy. Luonnollisissa olosuhteissa kromosomien uudelleenjärjestelyjä tapahtuu hyvin harvoin. Kemikaalien, biologisten mutageenien tai fysikaalisten tekijöiden, kuten ionisoivan säteilyn, aiheuttamat mutaatiot ovat usein synnynnäisten epämuodostumien ja pahanlaatuisten kasvaimien syy.
Yleistä tietoa mutaatioista
Hugh de Vries määritteli mutaation äkillisenä muutoksena perinnöllisissä piirteissä. Tämä ilmiö löytyy kaikkien elävien organismien genomista bakteereista ihmisiin. Normaaliolosuhteissa mutaatioita nukleiinihappoissa esiintyy hyvin harvoin, ja niiden esiintymistiheys on noin 1 10–4 – 1 10–10.
Muutosten vaikutuksen alaisen geneettisen materiaalin määrästä riippuen mutaatiot jaetaan genomiin, kromosomaaliseen ja geeniin. Genomiset liittyvät kromosomien lukumäärän muutokseen (monosomia, trisomia, tetrasomia); kromosomit liittyvät yksilön rakenteen muutokseenkromosomit (deleetiot, duplikaatiot, translokaatiot); geenimutaatiot vaikuttavat yhteen geeniin. Jos mutaatio vaikutti vain yhteen nukleotidipariin, se on pistemutaatio.
Syistä, jotka aiheuttivat ne, erotetaan spontaanit ja indusoidut mutaatiot.
Spontaanit mutaatiot
Spontaanit mutaatiot tapahtuvat kehossa sisäisten tekijöiden vaikutuksesta. Spontaaneja mutaatioita pidetään normaaleina, ne johtavat harvoin vakaviin seurauksiin keholle. Useimmiten tällaisia uudelleenjärjestelyjä tapahtuu samassa geenissä, joka liittyy emästen korvaamiseen - puriini korvataan toisella puriinilla (siirtymä) tai puriini pyrimidiiniksi (transversio).
Spontaaneja mutaatioita esiintyy kromosomeissa huomattavasti harvemmin. Kromosomaalisia spontaaneja mutaatioita edustavat yleensä translokaatiot (yhden tai useamman geenin siirtyminen yhdestä kromosomista toiseen) ja inversioina (muutoksia kromosomin geenisekvenssissä).
Aiheutetut uudelleenjärjestelyt
Indusoituja mutaatioita tapahtuu kehon soluissa kemikaalien, säteilyn tai virusten replikaatiomateriaalin vaikutuksesta. Tällaisia mutaatioita esiintyy useammin kuin spontaaneja ja niillä on vakavampia seurauksia. Ne vaikuttavat yksittäisiin geeneihin ja geeniryhmiin ja estävät yksittäisten proteiinien synteesin. Indusoituneet mutaatiot vaikuttavat usein globaalisti genomiin, mutageenien vaikutuksesta soluun ilmaantuu epänormaaleja kromosomeja: isokromosomeja, rengaskromosomeja, disentrisiä.
Mutageenit aiheuttavat kromosomien uudelleenjärjestelyjen lisäksi DNA-vaurioita: kaksoisjuoste katkeaa,DNA:n ristisidosten muodostuminen.
Esimerkkejä kemiallisista mutageeneista
Kemiallisia mutageeneja ovat nitraatit, nitriitit, typpiemäsanalogit, typpihappo, torjunta-aineet, hydroksyyliamiini, jotkin elintarvikelisäaineet.
Tityppihappo aiheuttaa aminoryhmän lohkeamisen typpipitoisista emäksistä ja korvaamisen toisella ryhmällä. Tämä johtaa pistemutaatioihin. Hydroksyyliamiini aiheuttaa myös kemiallisesti indusoituja mutaatioita.
Nitraatit ja nitriitit suurina annoksina lisäävät syöpäriskiä. Jotkut ravintolisät aiheuttavat nukleiinihappojen arylaatioreaktioita, mikä johtaa transkriptio- ja translaatioprosessien häiriintymiseen.
Kemialliset mutageenit ovat hyvin erilaisia. Usein juuri nämä aineet aiheuttavat indusoituja mutaatioita kromosomeissa.
Fyysiset mutageenit
Fysikaalisiin mutageeneihin kuuluvat ionisoiva säteily, pääasiassa lyhyta alto, ja ultravioletti. Ultravioletti käynnistää lipidiperoksidaatioprosessin kalvoissa, provosoi erilaisten DNA-virheiden muodostumista.
Röntgen- ja gammasäteily aiheuttavat mutaatioita kromosomien tasolla. Tällaiset solut eivät pysty jakautumaan, ne kuolevat apoptoosin aikana. Indusoituneet mutaatiot voivat vaikuttaa myös yksittäisiin geeneihin. Esimerkiksi tuumorisuppressorigeenien estäminen johtaa kasvaimiin.
Esimerkkejä aiheutetuista uudelleenjärjestelyistä
Esimerkkejä indusoiduista mutaatioista ovat erilaiset geneettiset sairaudet, jotka ilmenevät useammin alueilla, jotka ovat alttiita altistuminen fysikaaliselle tai kemialliselle mutageeniselle tekijälle. Tiedetään erityisesti, että Intian Keralan osav altiossa, jossa ionisoivan säteilyn vuotuinen efektiivinen annos ylittää normin 10 kertaa, Downin syndroomaa sairastavien lasten (trisomia 21. kromosomissa) syntymätaajuus lisääntyy. Kiinan Yangjiangin alueella maaperästä löydettiin suuri määrä radioaktiivista monatsiittia. Sen koostumuksessa olevat epästabiilit alkuaineet (serium, torium, uraani) hajoavat gamma-kvanttien vapautuessa. Altistuminen lyhyta altosäteilylle läänissä on johtanut suureen määrään lasten syntymiä, joilla on itkevän kissan oireyhtymä (8. kromosomin suuren osan poistaminen) sekä lisääntyneeseen syövän ilmaantumiseen. Toinen esimerkki: tammikuussa 1987 Ukrainassa rekisteröitiin ennätysmäärä Downin syndroomaa sairastavia lapsia, jotka liittyvät Tšernobylin onnettomuuteen. Raskauden ensimmäisen kolmanneksen aikana sikiö on herkin fysikaalisten ja kemiallisten mutageenien vaikutuksille, joten v altava säteilyannos on johtanut kromosomipoikkeamien lisääntymiseen.
Yksi historian surullisen kuuluisimmista kemiallisista mutageeneista on rauhoittava talidomidi, jota valmistettiin Saksassa 1950-luvulla. Tämän lääkkeen käyttö on johtanut monien lasten syntymään, joilla on monenlaisia geneettisiä poikkeavuuksia.
Tutkijat käyttävät yleisesti indusoitujen mutaatioiden menetelmää löytääkseen parhaan tavan torjua autoimmuunisairauksia ja proteiinin liikaeritykseen liittyviä geneettisiä poikkeavuuksia.
