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 нез’ясов. 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