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 пʼять­ма групами хім. речовин, — інгібіторами попередників (азотистих основ) нуклеїнових кислот, аналогами азотистих основ, які включаються замість них до нуклеїнових кислот, алкілуючими зʼ­єд­на­н­нями, окислювачами, від­новлювачами та вільними радикалами, а також акридиновими барвниками. Найбільш ефектив. хім. мутагенами вважають алкілуючі зʼ­єд­на­н­ня (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. повʼязані 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, по­вʼязана 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 зʼясува­н­ня 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 звʼязку 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.

Літ.: Пішак В. П., Бажора Ю. І., Брагін Ш. Б. Основи генетики людини. Медична біо­логія: Під­руч. 2-е вид. В., 2009; Бек­кер Х. Селекция растений / Пер. с нем. Москва, 2015.

Н. Ф. Тимчук

Завантажити статтю