Спонтанна мутация: класификация, причини, примери

Какви мутации се наричат ​​спонтанни? Ако преведете термина на достъпен език, това са естествени грешки, които възникват по време на взаимодействието на генетичния материал с вътрешната и / или външната среда. Такива мутации обикновено са случайни. Те се наблюдават в гениталните и в други клетки на тялото.

Екзогенни причини за мутации

Спонтанната мутация може да се появи под въздействието на химикали, радиация, под влиянието на високи или ниски температури, наситен въздух или високо налягане.

Всяка година средно човек поглъща около една десета от серия от йонизиращи лъчения, които са естествен радиационен фон. Този номер включва гама-лъчението на ядрото на Земята, слънчевия вятър, радиоактивността на елементите, разположени в дебелината на земната кора и разтворени в атмосферата. Получената доза зависи и от това къде се намира лицето. Една четвърт от всички спонтанни мутации се случват точно поради този фактор.

Ултравиолетовата радиация, противно на популярната вяра, играе второстепенна роля при възникването на разрушения на ДНК, тъй като тя не може да проникне достатъчно дълбоко в човешкото тяло. Но кожата често страда от прекомерно излъчване (меланома и други видове рак). Въпреки това, едноклетъчните организми и вирусите се мутират под въздействието на слънчевата светлина.

Твърде високи или ниски температури могат също да причинят промени в генетичния материал.

Ендогенни причини за мутации

Основните причини, поради които може да възникне спонтанна мутация ендогенни фактори. Те включват странични продукти от метаболизма, грешки в процеса на репликация, ремонт или рекомбинация и др.

1. Неуспех на репликацията:
   - спонтанни преходи и инверсии на азотни бази -
   - неправилно включване на нуклеотиди поради грешки на ДНК полимераза-
   - химична замяна на нуклеотиди, например, гуанин-цитозин чрез аденин-гуанин.
2. Грешки при възстановяването:
   - мутации в гените, отговорни за ремонта на отделни части от ДНК веригата след тяхното разкъсване под въздействието на външни фактори.
3. Проблеми с рекомбинацията:
   - неуспехите в процесите на пресичане при мейоза или митоза водят до отлагане и доизграждане на базите.

Това са основните фактори, причиняващи спонтанни мутации. Причините за неизправности могат да бъдат активирането на мутаторните гени, както и трансформирането на безопасни химични съединения в по-активни метаболити, които засягат ядрото на клетката. Освен това все още съществуват структурни фактори. Те включват повтаряне на последователността на нуклеотидите близо до мястото на верижното прегрупиране, присъствието на допълнителни ДНК секции, подобни на структурата на генома, както и на мобилните елементи на генома.

Патогенеза на мутацията

Спонтанната мутация произтича от въздействието на всички горепосочени фактори, действащи заедно или отделно в определен период от живота на клетките. Има такова явление като плъзгащо разрушаване на чифтосването на дъщерната и майчината нишка на ДНК. В резултат на това често се образуват бримки от пептиди, които не могат да бъдат адекватно включени в последователността. След отстраняване на излишъка от ДНК от дъщерната верига, бримките могат да бъдат резектирани (заличавания) и вградени (дублиране, вмъкване). Промените, които се появяват, се фиксират в следващите цикли на клетъчното делене.

Скоростта и броят на мутациите, които възникват, зависят от структурата на първичната ДНК. Някои учени вярват, че абсолютно всички ДНК последователности имат мутагенност, ако те образуват завои.

Най-често срещаните спонтанни мутации

Какво най-често се проявява в генетичния материал на спонтанните мутации? Примери за такива състояния са загубата на азотни бази и отстраняването на аминокиселини. Цитозинните остатъци са особено чувствителни към тях.

Доказано е, че за днес повече от половината от гръбначните животни имат мутация на цитозинови остатъци. След деаминиране метилцитозин се променя на тимин. Последващото копиране на тази секция повтаря грешката или я изтрива или се удвоява и мутира към нов фрагмент.

Друга причина за честите спонтанни мутации е голям брой псевдогени. Поради това, в процеса на мейоза могат да се формират неравни хомоложни рекомбинации. Последствието от това е пренареждане в гените, ротации и удвояване на отделните нуклеотидни последователности.

Полимеразен модел на мутагенеза

Според този модел, спонтанни мутации възникват в резултат на случайни грешки на молекулите, синтезиращи ДНК. За първи път такъв модел беше представен от Бреслер. Той предложи, че мутациите се дължат на факта, че полимеразите в някои случаи включват не-комплементарни нуклеотиди в последователността.

Години по-късно, след продължителни инспекции и опити, този възглед беше одобрен и приет в научния свят. Проведени са някои закономерности, които позволяват на учените да контролират и насочват мутациите, като излагат определени участъци на ДНК на ултравиолетова светлина. Например, беше установено, че адреналинът е най-често построен пред повреден триплет.

Тавтомерен модел на мутагенеза

Друга теория, която обяснява спонтанни и изкуствени мутации, е предложена от Уотсън и Крик (откривателите на структурата на ДНК). Те предполагат, че основата на мутагенезата е способността на някои ДНК бази да се трансформират в тавтомерни форми, които променят начина, по който базите са свързани.

След публикуването, хипотезата се разви активно. Нови форми на нуклеотиди са открити след облъчване с ултравиолетовите им свойства. Това даде на учените нови възможности за научни изследвания. Съвременната наука все още обсъжда ролята на тавтомерните форми в спонтанната мутагенеза и нейния ефект върху броя на откритите мутации.

Други модели

Спонтанната мутация е възможна, ако ДНК ДНК полимеразите не се разпознават от нуклеиновите киселини. Полтаев и съавторите са изяснили механизма, който осигурява принципа на допълняемост при синтеза на дъщерни ДНК молекули. Този модел позволява да се изследват закономерностите на появата на спонтанна мутагенеза. Учените обясняват откритието си с факта, че основната причина за промяна на структурата на ДНК е синтезата на неканонични двойки нуклеотиди.

Те предполагат, че подуването на основите се дължи на деаминирането на ДНК секциите. Това води до промяна в цитозина до тимин или урацил. Поради такива мутации се образуват двойки несъвместими нуклеотиди. Следователно, по време на следващата репликация, има преход (точкова замяна на нуклеотидните бази).

Класификация на мутациите: спонтанна

Има различни класификации на мутациите в зависимост от това кой критерий е основа за тях. Има разделение според естеството на промяната във функцията на гена:

- хипоморфни (мутирали алели синтезират по-малко протеини, но изглеждат като оригинални)
- аморфна (ген напълно изгуби функциите си) -
- антимоторният (мутирал ген напълно променя знака, който представлява)
- Неоморфни (появяват се нови признаци).

Но класификацията е по-често срещана, която разделя всички мутации пропорционално на структурата, която може да се променя. отличава:

1. Геномни мутации. Те включват полиплоиди, т.е. образуване на геном с тройна или повече хромозомна група и анеуплоидия - броят на хромозомите в генома не е кратно на хаплоида.
2. Хромозомни мутации. Съществуват значителни промени в някои части на хромозомите. Разграничаване между загубата на информация (заличаване), нейното дублиране (дублиране), промяната в посоката на нуклеотидните секвенции (инверсия) и трансфера на хромозомните области на друго място (транслокация).
3. Генна мутация. Най-често срещаната мутация. В ДНК веригата се заменят няколко случайни азотни бази.

Последици от мутации

Спонтанни мутации - причините за тумори, натрупващи се заболявания, дисфункции на органи и тъкани на хора и животни. Ако мутиралата клетка се намира в голям многоклетъчен организъм, тогава е най-вероятно тя да бъде унищожена чрез задействане на апоптоза (програмирана клетъчна смърт). Тялото контролира процеса на съхранение на генетичния материал и чрез имунната система се отървава от всички възможни увредени клетки.

В един от случаите стотици хиляди Т-лимфоцити нямат време да разпознаят засегнатата структура и дават клонинг на клетки, които също съдържат мутирал ген. Конгломератът от клетки вече има други функции, произвежда токсични вещества и оказва негативно влияние върху общото състояние на организма.

Ако мутацията не е настъпила в соматичната, а в половата клетка, тогава промените ще бъдат наблюдавани при потомството. Те се проявяват чрез вродени патологии на органите, деформации, метаболитни нарушения и натрупващи се заболявания.

Спонтанни мутации: значимост

В някои случаи предишните взаимно безполезни мутации могат да бъдат полезни за приспособяване в нови условия на живот. Това представлява мутация като мярка за естествения подбор. Животните, птиците и насекомите имат камуфлажно оцветяване, съответстващо на района на пребиваване, за да се предпазят от хищници. Но ако тяхното местообитание варира, тогава с помощта на мутации природата се опитва да защити вида от изчезване. В новите условия, най-добрите оцеляват и прехвърлят тази способност на другите.

Мутацията може да се появи в неактивни части на генома и след това не се наблюдават видими промени във фенотипа. Възможно е да се открие "разбивка" само с помощта на конкретни изследвания. Това е необходимо за изследване на произхода на свързаните животински видове и съставянето на техните генетични карти.

Проблемът със спонтанността на мутациите

През 40-те години на миналия век съществуваше теория, че мутациите са причинени единствено от влиянието на външни фактори и им помагат да се адаптират. За да тества тази теория, беше разработен специален тест и метод за повторение.

Процедурата се състои в това, че малък брой бактерии от един вид се засяват на епруветки и след няколко инокулации се прибавят антибиотици. Някои от микроорганизмите оцеляха и бяха прехвърлени в нова среда. Сравнението на бактериите от различни епруветки показва, че резистентността се появява спонтанно, както преди, така и след контакт с антибиотик.

Методът на повторение се състои в прехвърлянето на микроорганизми в тънката тъкан и след това се прехвърля в няколко чисти медикамента едновременно. Новите колонии се култивират и третират с антибиотик. В резултат на това бактериите в различни епруветки оцеляват върху едни и същи части от средата.