Мутації

Визначення і загальна характеристика

МУТА́ЦІЇ (від лат. mutatio — зміна) — стійкі дискретні (переривчасті) зміни генетичного матеріалу, що виникають під впливом зовнішніх і внутрішніх факторів (чи їхньої взаємодії), передаються нащадкам і змінюють ознаки та властивості живих організмів. Термін «М.» запровадив 1901 голланд. генетик Г. де Фріз. Біол. значення М. полягає в тому, що вони підвищують або знижують життєздатність, пристосованість до умов життя та визначають практ. цінність мутантів (генетично змінених організмів) порівняно з вихід. формою. Розрізняють М. спонтанні (природні) та індуков. (штучні), які виникають під впливом різних мутагенів (факторів, що викликають змінення спадк. матеріалу). Виділяють фіз. мутагени — високу та низьку температури, випромінювання різного типу, зокрема електромагнітні (рентґенів., гамма-, ультрафіолетове, інфрачервоне) і корпускулярні (потік електронів, протонів, нейтронів). У 1930-х рр. відкрито явище хім. мутагенезу, викликаного п’ять­ма групами хім. речовин, — інгібіторами попередників (азотистих основ) нуклеїнових кислот, аналогами азотистих основ, які включаються замість них до нуклеїнових кислот, алкілуючими з’єднаннями, окислювачами, відновлювачами та вільними радикалами, а також акридиновими барвниками. Найбільш ефектив. хім. мутагенами вважають алкілуючі з’єднання (N-нітрозоалкіл­сечовина, етиленімін, діетилсульфат, діметилсульфат, 1,4-біс­діазоацетилбутан, етилметансульфонат). Мутаген. ефект можуть також викликати токсини різної етіології, колхіцин або неправильно призначені ліки. Методом хім. мутагенезу створ. штам бактерій — суперпродуцентів ендонуклеази — важливого ферменту з противірус. властивостями. Біол. мутагенами можуть бути віруси (див. Вірусологія), живі вакцини, деякі біотоксини, що утворюються грибами, мігруючі генет. елементи тощо. За характером змін у генет. апараті М. поділяють на геномні, хромосомні та генні (точкові). Геномні М. пов’язані зі зміною кількості наборів хромосом (геномів), що проявляється в явищах поліплоїдії, алоплоїдії, анеуплоїдії. Поліплоїдія — М. із кратним збільшенням кількості хромосом. наборів у клітині. Виникає внаслідок аномалії мейозу (процесу утворення статевих клітин — гамет) під впливом мутагенів. Поліплоїдія в природі виникає спонтанно, але може бути отримана і штучно. Кратне збільшення в клітині кількості однак. наборів хромосом називають аутополіплоїдією; збільшення кількості хромосом. наборів порівняно з подвій. (диплоїд.) набором призводить до появи поліплоїд. організмів. Поліплоїдія дуже поширена у рослин (30 % усіх квітк. рослин — поліплоїди), у тварин вона іноді спостерігається у видів, яким властивий партеногенез (розмноження на основі розвитку зародку з незаплідненої яйцеклітини), а більш розвинутим групам, зокрема ссавцям, поліплоїдія непритаманна. Алоплоїдія — поєднання в клітинах одного організму наборів хромосом (геномів) від різних видів або родів, причому кожний із геномів представлений більше одного разу. Алополіплоїди мають суттєве значення для видоутворення, тому їх активно використовують у селекції рослин. Напр., схрещування твердої пшениці, у якої хромосом. набір налічує 28 хромосом із житом, у якого хромосом. набір становить 14 хромосом, призводить до отримання стерил. пшенично-житнього гібрида з 21 хромосомою (n = 14 × n = 7). Але після штуч. або природ. подвоєння хромосом такий гібрид стає фертильним (2n = 42), тобто здатним до розмноження статевим шляхом. Анеуплоїдія (гетероплоїдія) — М. зі зміною кількості хромосом у клітинах організму, по­в’язана зі втратою або додаванням до каріотипу однієї чи пари гомологіч. хромосом. Причиною анеуполоїдії є нерозходження хромосом у мейозі, втрата окремих хромосом у процесі поділу клітини або схрещування поліплоїдів, що містять нетотожні набори хромосом, інколи порушення реплікації. Організми з таким набором хромосом називають анеуплоїдами. Розрізняють такі форми анеуплоїдів: трисоміки (2n + 1), прості або подвійні тетрасоміки (2n + одна або дві пари гомологіч. хромосом), моносоміки (2n-1), нулісоміки (2n-пара гомологіч. хромосом) та ін. Анеуплоїди мають велике значення для з’ясування ролі окремих хромосом у формуванні ознак і властивостей організму, а також у практ. селекції. Анеуплоїдія є причиною т. зв. хромосом. хвороб, деяких природжених вад у людини, зокрема трисомії по нестатевим хромосомам (аутосомам): синдром Дауна — трисомія по 21-й хромосомі (див. Дауна хвороба); синдром Патау — трисомія по 13-й хромосомі; синдром Едвардса — трисомія по 18-й хромосомі, а також трисомії по статевим хромосомам — синдром Клайнфельтера — наявність додаткової Х-хромосоми в особини чол. статі, синдром Якобса «суперчоловік» — наявність додаткової або декількох Y-хромосом у чоловіків, синдром «супержінки» — наявність додаткової Х-хромосоми в особини жін. статі, або синдром Шерешевського–Тернера — відсутність однієї з Х-хромосом у жінки. Тетрасоміки і нулісоміки у людини та ссавців нежиттєздатні. Хромосомні М. — структурні зміни хромосом, що виникають внаслідок переміщення або випадіння окремих частин хромосом. До таких М. належать транслокації, транспозиції (переміщення в межах однієї хромосоми окремих ділянок ДНК), інверсії — переворот на 180° певної ділянки ДНК у хромосомі, делеції — втрата певної ділянки ДНК, дуплікації — подвоєння певної ділянки хромосоми. Напр., у людини зустрічається синдром Лежена («котячого крику»), що виникає при делеції корот. плеча 5-ї хромосоми — у зв’язку з деформацією голосового апарату плач дитини нагадує мявчання кішки. Усі типи хромосом. М. називають хромосом. абераціями. Точкові (генні) М. — результат зміни кількості або послідовності нуклеотидів у ДНК, РНК або цитологічно непоміт. хромосом. мікроаберацій, які можна виявити біохім. чи гібридологіч. методами. Вважають, що кожний локус (ділянка хромосоми, в якій знаходиться ген) представлено тільки двома алелями (формами стану гена) — домінант. та рецесивним і той з них, який відхиляється від норми, визнають мутантним. Однак у межах кожного локусу цілком можливе утворення і кількох мутант. станів одного гена, які відмінні між собою за фенотиповим ефектом; це явище називають множин. алелізмом. Однак гамети, що утворюються при гаметогенезі, можуть містити тільки один із серії множин. алелів. За характером прояву генні М. бувають домінант., напівдомінант. та рецесивними; за напрямом змін — прямими, коли нормал. ген стає мутант. і зворотніми — поверненням мутант. гена до нормал. типу; за походженням вони бувають спонтан. (природ.) та індуков. (штучними); за локалізацією у клітинах — соматич. (у будь-якій клітині тіла) та генератив. (у гаметах); за адаптив. значенням — корис., шкідливими, нейтрал. та летал. (несуміс. із життям); за фенотиповим ефектом — морфол., біохім., фізіол.; за локалізацією у клітині — ядерними та цитоплазматичними. Генні М. становлять переважну більшість усіх М. і фенотипово проявляються, напр., в альбінізмі, карликовості, серпоподібно-клітин. анемії, гемофілії тощо. Генні М. відомі також у цитоплазматич. органелах — мітохондріях та пластидах (у рослин), що містять плазміди — кільцеві молекули ДНК, які теж здатні до мутування. Цей генет. матеріал успадковується тільки по материн. лінії, бо яйцеклітина має цитоплазму з цими органелами, а чол. гамета — ні (напр., строкатолистість у рослин, а у людини відомо понад 10 мітохондріал. М). Існують мозаїчні форми мутант. організмів. У них унаслідок М. змінена тільки частина клітин тіла (відрізняється від норми набором хромосом або генів), а ін. його клітини залишаються незмінними. М. та характер їхнього прояву можна діагностувати різноманіт. методами: візуал., цитогенет., генеал., біохім., молекулярно-генет., мікробіол., імунол., близнюковим, методом гібридизації соматич. клітин. Частоту М. підвищують т. зв. гени-мутатори. Значення точкових М. у еволюції генів та білків визначається залежно від того, в якому гені або кодоні вона відбулася: якщо М. у генет. елементі, що повторюється, вона не впливає або впливає ледь помітно на властивості організму. Якщо ж М. відбулася в унікал. гені, що кодує актив. центр життєво важливого білка — глобіну чи цитохрому, вона може мати дуже суттєві наслідки, аж до загибелі носія М. Часто генні М. виявляються внутрішньоутробно і можуть бути причиною спонтан. абортів, мертвонароджень або народження нежиттєздат. дітей. Природні та штучні М. використовують у селекції, біотехнології, для створення нових сортів рослин, порід тварин, штамів мікроорганізмів та для отримання штамів із маркер. ознаками, важливими для розширення механізмів мутагенезу, або штамів — суперпродуцентів БАР (біологічно актив. речовин). Оскільки М. є причиною багатьох спадк. хвороб, захист людини від дії мутагенів, захист нащадків від мутаген. дії вірусів — одне з найважливіших завдань профілактики, медицини та екології.

Завантажити статтю