Spontánní mutace: klasifikace, příčiny, příklady

Jaké mutace se nazývají spontánně? Pokud překládáte termín do přístupného jazyka, jsou to přirozené chyby, které vznikají při interakci genetického materiálu s vnitřním a / nebo vnějším prostředím. Takové mutace jsou obvykle náhodné. Jsou pozorovány v pohlavních a jiných buňkách těla.

Exogenní příčiny mutací

Spontánní mutace může nastat pod vlivem chemických látek, radiace, působením vysokých nebo nízkých teplot, zřetelným vzduchem nebo vysokým tlakem.

Každý rok v průměru člověk absorbuje asi jednu desetinu série ionizujícího záření, což je přirozené pozadí záření. Toto číslo zahrnuje gama záření jádra Země, sluneční vítr, radioaktivitu prvků ležících v tloušťce zemské kůry a rozpuštěných v atmosféře. Dosažená dávka závisí také na tom, kde se osoba nachází. Čtvrtina všech spontánních mutací se děje přesně kvůli tomuto faktoru.

Ultrafialové záření, na rozdíl od obecné víry, hraje malou roli ve výskytu poškození DNA, protože nemůže proniknout dostatečně hluboko do lidského těla. Kůže však často trpí nadměrným slunečním zářením (melanom a jinými druhy rakoviny). Nicméně jednobuněčné organismy a viry se mění pod vlivem slunečního záření.

Příliš vysoké nebo nízké teploty mohou také způsobit změny v genetickém materiálu.

Endogenní příčiny mutací

Hlavní důvody, pro které může dojít k spontánní mutaci, jsou endogenních faktorů. Patří sem vedlejší produkty metabolismu, chyby v procesu replikace, opravy nebo rekombinace a další.

1. Selhání replikace:
   - spontánní přechody a inverze dusíkatých bází -
   - nesprávné začlenění nukleotidů v důsledku chyb DNA polymerázy-
   - chemická náhrada nukleotidů, například guanin-cytosin adenin-guaninem.
2. Chyby při obnově:
   - mutace genů odpovědných za opravu jednotlivých částí řetězce DNA po jejich roztržení pod vlivem vnějších faktorů.
3. Problémy s rekombinací:
   - selhání v procesech přejíždění za meiózy nebo mitózy vede k ukládání a dokončení základen.

To jsou hlavní faktory způsobující spontánní mutace. Příčinou poruch může být aktivace mutačních genů, stejně jako přeměna bezpečných chemických sloučenin na aktivnější metabolity, které ovlivňují jádro buňky. Navíc existují stále strukturální faktory. Patří sem opakování sekvence nukleotidů v blízkosti místa přeměny řetězce, přítomnost dalších sekcí DNA podobných struktury genomu, jakož i mobilních prvků genomu.

Patogeneze mutace

Spontánní mutace vyplývá z dopadu všech výše uvedených faktorů, které působí společně nebo odděleně v určité době života buněk. Existuje takový jev jako klouzavé narušení propojení dcery a mateřských DNA. V důsledku toho se často vytvářejí smyčky peptidů, které nemohly být adekvátně začleněny do sekvence. Po odstranění přebytku DNA z dceřinového řetězce mohou být smyčky resekovány (odstraněny) a vloženy (duplikace, vkládání). Změny, které se objeví, jsou opraveny v dalších cyklech dělení buněk.

Rychlost a počet mutací, které vznikají, závisí na primární struktuře DNA. Někteří vědci se domnívají, že absolutně všechny DNA sekvence mají mutagenitu, pokud tvoří ohyby.

Nejběžnější spontánní mutace

Jaké jsou nejběžnější projevy genetického materiálu v spontánních mutacích? Příklady takových stavů jsou ztráta dusíkatých bází a odstranění aminokyselin. Cytosinové zbytky jsou zvláště náchylné k nim.

Je prokázáno, že dnes má více než polovina obratlovců mutaci zbytků cytosinu. Po deaminaci dochází ke změnám methylcytosinu na thymin. Následné kopírování této části opakuje chybu nebo ji odstraní, nebo se zdvojnásobí a přemění na nový fragment.

Dalším důvodem častých spontánních mutací je velké množství pseudogenů. Z tohoto důvodu se v procesu meiózy mohou vytvářet nerovné homologické rekombinace. Důsledkem je přeskupení genů, rotace a zdvojnásobení jednotlivých nukleotidových sekvencí.

Polymerázový model mutageneze

Podle tohoto modelu vznikají spontánní mutace v důsledku náhodných chyb molekuly, které syntetizují DNA. Poprvé tento model představil Bresler. Navrhl, že mutace jsou způsobeny tím, že polymerázy v některých případech obsahují nekomplementární nukleotidy do sekvence.

O několik let později, po dlouhých prohlídkách a experimentech, byl tento názor schválen a přijat ve vědeckém světě. Byly odvozeny některé pravidelnosti, které umožňují vědcům řídit a řídit mutace vystavením určitých oblastí DNA ultrafialovému světlu. Například bylo zjištěno, že adrenin je nejčastěji vystavěn před poškozeným tripletem.

Tautomerní model mutageneze

Další teorie, která vysvětluje spontánní a umělé mutace, byla navržena Watsonem a Crickem (objeviteli struktury DNA). Navrhli, že základem mutageneze je schopnost některých DNA bází převést na tautomerní formy, které mění způsob, jakým jsou základy spojeny.

Po zveřejnění byla tato hypotéza aktivně vyvinuta. Po ozáření ultrafialovými zářeními byly objeveny nové formy nukleotidů. To poskytlo vědcům nové příležitosti pro výzkum. Moderní věda stále diskutuje o úloze tautomerních forem při spontánní mutagenezi a jejím dopadu na počet zjištěných mutací.

Jiné modely

Spontánní mutace je možná, pokud DNA DNA polymerázy nejsou rozpoznávány nukleovými kyselinami. Poltayev a spoluautoři objasnili mechanismus, který zajišťuje princip komplementarity při syntéze molekul dceřiné DNA. Tento model umožnil studovat pravidelnost vzhledu spontánní mutageneze. Vědci vysvětlili svůj objev tím, že hlavním důvodem pro změnu struktury DNA je syntéza non-kanonických dvojic nukleotidů.

Navrhovaly, že otoky základen jsou způsobeny deaminací sekcí DNA. To vede ke změně cytosinu na thymin nebo uracil. Kvůli takovým mutacím se vytvářejí dvojice nekompatibilních nukleotidů. Proto během další replikace dochází k přechodu (bodová substituce nukleotidových bází).

Klasifikace mutací: spontánní

Existují různé klasifikace mutací v závislosti na tom, které kritérium je jejich základem. Existuje oddělení podle povahy změny funkce genu:

- hypomorfní (mutované alely syntetizují méně bílkovin, ale vypadají jako původní) -
- amorfní (gen zcela ztratil své funkce) -
- antimorfní (mutovaný gen zcela mění znak, který představuje) -
- Neomorfní (objevují se nové znaky).

Klasifikace je však častější, která rozděluje všechny mutace v poměru k měnitelné struktuře. Přidělit:

1. Genomové mutace. Patří mezi ně polyploidii, tedy vytvoření genomu s trojnásobný a sadu chromozomů a aneuploidie - počet chromozomů v genomu není násobek haploidního.
2. Chromozomální mutace. V některých částech chromozomů dochází k významným změnám. Rozlišovat ztráta informace (delece), jeho zdvojení (duplikaci), změny orientace nukleotidových sekvencí (inverzní), jakož i pro přenos místa na chromosomech jiném místě (translokace).
3. Genetická mutace. Nejběžnější mutace. V řetězci DNA se nahrazuje několik náhodných dusíkatých bází.

Důsledky mutací

Spontánní mutace - příčiny nádorů, akumulační onemocnění, dysfunkce orgánů a tkání lidí a zvířat. Pokud je mutovaná buňka umístěna ve velkém mnohobuněčném organismu, pak je nejpravděpodobněji zničena vyvoláním apoptózy (programovaná buněčná smrt). Tělo řídí proces konzervace genetického materiálu a prostřednictvím imunitního systému se zbaví všech možných poškozených buněk.

V jednom případě ze stovek tisíc T-lymfocytů nemá čas rozpoznat postiženou strukturu a dává klon buněk, které také obsahují mutovaný gen. Konglomerát buněk již má jiné funkce, produkuje toxické látky a negativně ovlivňuje celkový stav těla.

Pokud se mutace nevyskytla v somatické buňce, ale v sexuální buňce, budou změny pozorovány u potomstva. Vykazují se vrozené patologie orgánů, deformace, metabolické poruchy a akumulační onemocnění.

Spontánní mutace: význam

V některých případech mohou být předem vzájemně nepoužitelné mutace užitečné pro přizpůsobení se novým podmínkám života. To představuje mutaci jako měřítko přirozeného výběru. Zvířata, ptáci a hmyz mají maskovací zbarvení, odpovídající oblasti bydliště, aby se chránili před dravci. Pokud se však jejich lokalita liší, pomocí přírodních mutací se příroda snaží chránit druh před vyhynutím. V nových podmínkách přežijí nejschopnější a předávají tuto schopnost ostatním.

Mutace se může vyskytnout v neaktivních částech genomu a poté nejsou pozorovány žádné viditelné změny fenotypu. Detekci "poruchy" je možné zjistit pouze pomocí konkrétních studií. To je nezbytné pro studium původu příbuzných druhů zvířat a sestavení jejich genetických map.

Problém spontánnosti mutací

Ve čtyřicátých letech minulého století existovala teorie, že mutace jsou způsobeny pouze vnějšími faktory a pomáhají jim přizpůsobit se. Pro testování této teorie byl vyvinut speciální test a metoda opakování.

Postup byl fakt, že malé množství jednoho druhu bakterie se nanesou na zkumavky a po roubování několika antibiotik byly přidány k tomu. Některé mikroorganismy přežily a byly přeneseny do nového prostředí. Porovnání bakterií z různých zkumavek ukázalo, že rezistence se objevila spontánně, a to jak před, tak po antibiotickém kontaktu.

Metoda opakování spočívala v přenosu mikroorganismů do fleecy tkáně a poté byla přenesena na několik čistých médií současně. Nové kolonie byly kultivovány a ošetřeny antibiotiky. Výsledkem je, že bakterie v různých zkumavkách přežily na stejných částech média.