Мутагенез

МУТАГЕНЕ́З (від лат. muto — змінюю і ...генез) — процес виникне­н­ня спадкових змін — мутацій. Роз­різняють природ., або спонтан. М. (виникає під впливом факторів зовн. середовища і фізіол.-біо­хім. змін у самому організмі) та штуч., або екс­перим. М., який спричинюють певні фактори — мутагени. Мутаген­ні чин­ники поділяють на фіз., хім. та ін., які називають біол. мутагенами. Фіз. мутагени поділяють на 3 групи: електромагнітне іонізуюче ви­промінюва­н­ня (рентґенів. промені, g-промені, космічне ви­промінюва­н­ня), корпускулярне іонізуюче ви­промінюва­н­ня (a- і b-частинки, протони, нейтрони) та ультрафіолетові промені. До фіз. мутагенів, що мають меншу мутаген­ну активність, належить під­вищена т-ра. Хім. мутагени, що містять тисячі різноманіт. речовин, поділяють на 4 групи: 1) алкілувал. агенти — високо­активні речовини, що здійснюють обмін алкіл. групи (СН₃, С₂Н₅) з ін. молекулами, зокрема із ДНК; най­ефективніші — етилметансульфонат, нітрозоалкил-, нітрозометил- та нітрозоетилсечовина, етиленімін, діетилсульфат, диметилсульфат, іприт та ін.; 2) аналоги тих азотистих основ, що входять до складу нуклеїн. кислот: 5-бромурацил, 5-бромдезоксиуридин, 5-фтордезоксиуридин, 2-амінопурин, 8-азогуанідин та ін.; 3) речовини — інтеркалятори, що вбудовуються між основами ДНК (насамперед акридинові барвники — акридини жовтий та оранжевий, профлавін, бромистий етідій, дво­йодистий пропідій та ін.); 4) хім. сполуки, що не входять до жодної з перших 3-х груп; вони різні за будовою і характером мутаген. дії (деякі алкалоїди та флавоноїди, іони важких металів, пере­кис водню тощо). До ін. (біол.) мутагенів належать агенти, по­стійно наявні в клітинах живих організмів або супутні їм. Це віруси (див. Вірусологія), мобіл. генет. елементи (або транс­позони), ДНК, а також ін. агенти незʼясов. природи. Мутації, що виникають як наслідок екс­перим. впливу, називають індукованими. Екс­перим. (штуч.) М. залежить від дози і концентрації мутагена, тривалості дії та наявності модифікуючих факторів; може виявлятися від­разу після дії мутагенів або через кілька клітин. поколінь (затриманий М.). Причини спонтан. мутацій — природ. фон іонізуючих ви­промінювань, ультрафіолетові промені, віруси, що вражають клітину, продукти метаболізму клітин. Роль остан. фактора особливо зро­стає в не­сприятливих (стрес.) умовах. За характером змін мутації поділяють на генні (точкові), хромосомні та геномні. Генні мутації (зміни окремих генів) спричинюють зміни морфол., біо­хім. та фізіол. ознак (властивостей). Характер. приклад — множин. алелізм, при якому виникає серія мутацій, що спричинює різні зміни ознаки. Зокрема, у дрозофіли ві­дома серія з 12-ти алелей, що виникли під час мутації гена, що об­умовлює колір очей. Генні мутації від­буваються внаслідок пере­будови молекул нуклеїн. кислот, що несуть генет. інформацію. Серед таких пере­будов роз­різняють: 1) роз­риви вуглеводно-фосфат. остову молекул; 2) встав­ки (інсерції), випа­да­н­ня (делеції), заміни та хім. зміни окремих нуклеотидів; 3) утворе­н­ня зшивок азотистих основ у межах однієї нитки та між різними нитками ДНК; 4) утворе­н­ня зшивок між ДНК і білками. Ці пере­будови призводять до заміни пар основ — транзицій, або транс­версій (бл. 20 % спонтан. мутацій) чи до зсуву рамки зчитува­н­ня (пере­важно делеції і вставки різних роз­мірів). Хромосомні мутації (хромосомні пере­будови або аберації) виникають як наслідок роз­ривів хромосом під дією мутаген. чин­ника. Найважливішими серед них є не­стачі (втрата кінц. ділянки хромосоми), делеції (втрата серед. частини хромосоми), дуплікації (по­вторе­н­ня ділянки хромосоми), інверсії (виникає внаслідок двох роз­ривів у хромосомі і прикріпле­н­ня утвореної ділянки, попередньо пере­вернутої на 180°, на колишнє місце), транс­локації (обмін ділянками між хромосомами різних гомологіч. пар), транс­­позиції (вставка, або інсерція в будь-яку ділянку хромосоми фрагмента ДНК, що містить гени, пере­несені з ін. місця геному). Геномні мутації — зміна кількості хромосом організму, які поділяють на 2 великі групи: поліплоїдія та анеуплоїдія. Поліплоїдія — кратні збільше­н­ня кількості осн. (гаплоїд.) наборів (1х — гаплоїд, 2х — диплоїд, 3х — триплоїд, 4х — тетраплоїд). При анеуплоїдії змінюється кількість хромосом у тій чи ін. гомологіч. парі (2х — 1 = моносомік, 2х + 1 = трисомік, 2х + 1 + 1 = по­двій. трисомік, 2х + 2 = тетрасомік і т. д.). Чин­ники, що попереджують або зменшують дію мутагенів, а також рівень спонтан. мутува­н­ня називають антимутагенами. Ві­домі фіз. (знижена температура, видиме світло тощо), хім. (цистеамін, стрептоміцин та ін.) та природні антимутагени. Природні антимутагени, що по­стійно присутні в організмі (напр., каталаза) входять до складу єдиної буфер. системи, що утримує частоту спонтан. мутува­н­ня на оптимал. для виду рівні у конкрет. умовах існува­н­ня. Найважливішими природ. антимутагенами є ферменти репарації — процесу виправле­н­ня по­шкоджень ДНК, що виникають унаслідок дії різних мутагенів, а також спонтан­но під час біо­синтезу ДНК. М., як і репарація ДНК, залежить від фізіол. умов, віку, температури, радіац. впливів та стану хім. за­брудне­н­ня, інфікуючих агентів та стійкості до них організмів тощо. 1901 гол­ланд. учений Г. де Фріз роз­робив теорію мутацій та за­пропонував термін «мутація». Уперше виникне­н­ня мутацій під дією зовн. чин­ників (іонізуючої радіації) 1925 встановили рос. учені Г. Надсон і С. Філіпов на мікроорганізмах, зокрема дріжджах, амер. генетики Г. Мел­лер (1927) — на дрозофілі та Л.-Дж. Стедлер (1928) — на кукурудзі та ячмені. Можливість отрима­н­ня мутацій за допомогою хім. сполук уперше 1932 показали рос. генетики В. Сахаров та М. Лобашов. 1937–39 укр. учені С. Гершензон, М. Тарнавський та П. Ситько встановили мутаген­ну дію екзоген. ДНК. Високу мутаген­ну активність алкілувал. сполук від­крили 1947 британ. генетики Ш. Ауербах і Дж. Робсон та 1948 незалежно від них Й. Рапопорт. Амер. генетик Б. Мак­Клінток на­прикінці 1940-х рр. роз­робила концепцію мобіл. генет. елементів, здатних регулювати стан генів і викликати хромосомні мутації, а також теорію «геном. стресу», за якою причиною не­стабільності геному, зокрема виникне­н­ня мутацій, є різні форми стресу. Рос. генетик М. Голубовський на­прикінці 1970-х рр. роз­робив теорію інсерцій. М., що пояснює спалах мутацій, зокрема у дрозофіли, інсерціями мобіл. (інсерцій.) елементів. М. широко за­стосовують в екс­перим. біо­логії, зокрема генетиці, селекції, генет. інженерії та сучас. біо­технологіях як джерело змінених форм організмів із новими цін­ними ознаками. 1928–30 укр. учені А. Сапєгін, а також Л. Делоне та В. Дідусь першими у світі за­стосували іонізуюче опроміне­н­ня для одержа­н­ня штуч. мутацій у с.-г. рослин, організували дослідж. із радіац. селекції рослин. В. Зосимович об­ґрунтував можливість існува­н­ня спонтан. мутантів буряків з однонасін. плодами, на основі яких були створені перші в світі сорти цукр. буряків із такими плодами; разом з учнями (І. Шевцов, Н. Наваліхіна та ін.) використовував індуков. М. для створе­н­ня нових форм цукр. і корм. буряків, конюшини, жита та ін. П. Шкварников разом з учнями (В. Моргун, К. Ларченко та ін.), використовуючи методи екс­перим. М., створив ряд нових сортів озимої пшениці (зокрема Киянка) та гібридів кукурудзи (Ювілейний 60, Колективний 210). В Україні існують наук. школи, що працюють у галузі фундам. та приклад. аспектів М.: В. Зосимовича (І. Шевцов, Б. Левенко, Т. Чугункова, Т. Чеченєва), П. Шкварникова, Д. Гродзинсь­кого, О. Созинова, В. Моргуна, С. Малюти, Ю. Сиволапа, Б. Мацелюха, А. Сибірного, Я. Блюма, В. Кунаха, І. Бариляка та ін. Результати наук. дослідж. друкують у ж. «Biopolymers and Cell», «Вісник Українського товариства генетиків і селекціонерів», «Физиология растений и генетика», «Фактори екс­периментальної еволюції організмів», «Цитология и генетика» та ін. Осн. дослідж. із М. здійснюють біол. заклади НАНУ, НААНУ, НАМНУ, провід­ні університети. Спеціалістів у галузі М. готують Київ., Одес., Харків., Львів., Чернів., Дні­пров. та деякі ін. університети.

Завантажити статтю