Мутации

• Мута́ция (лат. mutatio — изменение) — стойкое (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) преобразование генотипа , происходящее под влиянием внешней или внутренней среды. Термин предложен Хуго де Фризом. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза. (Геноти́п — совокупность генов данного организма, которая, в отличие от понятия генофонд, характеризует особь, а не вид. Сходное понятие геном обозначает совокупность генов, содержащихся в гаплоидном (одинарном) наборе хромосом данного организма. Вместе с факторами внешней среды геном определяет фенотип организма.),

Случаи мутации в наше время, уже не новость. На свет рождались  такие представители мутантов как: Телёнок с человеческим лицом, свинья-обезьяна, люди-русалки, лошадь с 5-ю глазами, человек-кактус, и многие другие...

 

• Мутации – это изменения, происходящие в ДНК клетки.

 Бывают:

1. полезными (встречаются только со слабым фенотипическим эффектом);
2. вредными (с сильным фенотипическим эффектом);
3. нейтральными (синонимические замены нуклеоидов).

 Они передаются по наследству, являются материалом для естественного отбора.

 

• Хромосомные мутации – это один из типов мутаций (существуют еще генные, геномные, цитоплазматические и соматические), характеризующийся изменением структуры хромосом.

 Эти изменения происходят в результате нарушения целостности хромосомы – из-за разрывов, которые сопровождаются перестройками (мутациями или аберрациями).

• Главная причина хромосомных мутаций  – это воздействие факторов окружающей среды (мутагенов), вызывающих индуцированные мутации.

 Известны мутагены 3-х видов:

1. физические (рентгеновские и гамма лучи, ультрафиолетовое излучение, низкие и высокие температуры, давление, электромагнитное излучение и т.д.);
2. химические (цитостатики, фенолы, спирты, соли тяжелых металлов и т.д.);
3. биологические (вирусы и бактерии).

 Также хромосомные перестройки могут быть спонтанными, которые возникают при нормальных жизненных условиях. Но они крайне редко происходят в природе: 1-100 на 1 млн экземпляров конкретного гена. Ученый Холдейн сделал расчет средней вероятности появления спонтанных перестроек, которая составила 5*10-5 за 1 поколение. Спонтанный процесс зависит от внутренних и от внешних факторов (мутационное давление среды).

 В большинстве случаев установлены вредные хромосомные мутации, болезни, которые они приносят человеку, часто несовместимы с жизнью.

 Основная характеристика хромосомной мутации состоит в том, что все хромосомные перестройки, как и другие мутации, случайны. Они меняют генные функции, осуществляют распределение генов по геному случайно.

Из-за случайных хромосомных  мутаций возникают новые многообразные «генные коалиции», приспособительная ценность которых определяется отбором.

Классификация хромосомных  мутаций

 Хромосомные перестройки обычно классифицируют по видам и типам.

 Различают виды хромосомных мутаций:

1. внутрихромосомные;
2. межхромосомные;
3. изохромосомные.

 

• Внутрихромосомные мутации отличаются аберрациями (отклонениями от нормы) в пределах одной хромосомы. К хромосомным мутациям относятся делеции, инверсии, дупликации. Все они входят в состав внутрихромосомных отклонений.
• Делеция — утрата концевого или внутреннего участка хромосомы. Такая мутация может повлечь за собой множество аномалий в период эмбрионального развития (например, врожденный порок сердца).

Инверсия хромосомыИнверсия - это поворот фрагмента хромосомы на 180° и встраивание его после этого на прежнее место. Порядок расположения генов нарушается, но без дополнительных условий это не влияет на фенотип.

• Дупликация — умножение участка хромосомы. Такая аберрация приводит к появлению врожденных пороков развития.
• Межхромосомные мутации (транслокации) — обмен фрагментами между хромосомами, имеющими несходные гены (негомологичные).

 

Транслокации подразделяются на:

1. реципрокные (обмен происходит между двумя хромосомами);
2. нереципрокные ( фрагмент одной из хромосом переносится на другую) ;
3. робертсоновские (образование одной метацентрической хромосомы вместо двух акроцентрических , т.е«Центрическое слияние»).

 

• Изохромосомные мутации происходят в результате образования копий хромосом, зеркальных фрагментов двух других, содержащих одинаковые наборы генов. Эта аберрация получила название «центрическое соединение» в результате факта поперечного разрыва хроматид, происходящего через центромеры

 

Также хромосомные мутации  подразделяют на типы: 

1. численные 
2. структурные.

Численные в свою очередь  делятся на :

1. анеуплоидии (утрата (моносомия) или появление (трисомия) дополнительных хромосом) 
2. полиплоидии (кратное увеличение количества хромосом).

 

• Структурные представлены транслокациями, делециями, инверсиями, инсерциями (когда сегмент одной хромосомы переносится в другую),  изохромосомами и центрическими кольцами (когда фрагмент хромосомы замкнут в кольцо).

 

• Генные и хромосомные мутации, а также геномные - взаимосвязаны между собой. Генные мутации характеризуются изменениями в строении  генов, из которых состоят хромосомы.

Мутацию считают хромосомной, если происходят изменения в строении. А геномные мутации характеризуются  изменением количества хромосом.

 В свою очередь геномные и хромосомные мутации имеют общую классификацию в делении на анеуплоидии и полиплоидии. Робертсоновская транслокация является переходной от хромосомной мутации к геномной.

 Эти два типа мутаций объединяют таким понятием и направлением в медицине, как «хромосомные аномалии», включающее в себя:

 

1. хромосомные болезни ( например, болезнь Дауна);
2. внутриутробную патологию (выкидыши, спонтанные аборты) ;
3. соматическую патологию (лучевая болезнь лейкозы).

 

• В настоящее время известно где-то 1000 хромосомных аномалий. Все эти хромосомные мутации человека изучены и описаны. Из них в виде синдромов описаны около 300 форм.

 

 Хромосомные болезни:

1. Хромосомные болезни (вызванные хромосомными мутациями, а также геномными) – это большая группа наследственных врожденных заболеваний, характеризующихся врожденными множественными пороками развития. Они появляются по причине наиболее крупных изменений ДНК: трисомии, делеций, дупликаций и др.

 

классификация хромосомных  мутаций Эти повреждения  возникают при созревании гамет, при оплодотворении, на ранних стадиях дробления оплодотворенной яйцеклетки (зиготы). Сбой, неверное «расхождение» хромосом плода,  может случиться  даже  в момент слияния абсолютно здоровых клеток родителей. Этот процесс  не поддается контролю и является еще  не до конца изученным.

 Все последствия хромосомных мутаций чаще всего неблагоприятны для человека. Они вызывают нередко:

 

2. самопроизвольный аборт (до 70%);
3. мертворождения (7,2%) всевозможные пороки развития;
4. обуславливают замедление умственного развития;
5. появление опухолей.

• При хромосомных болезнях степень поражения органов обуславливают многие факторы: тип хромосомной аномалии, недостающий или избыточный материал индивидуальной хромосомы, генотип организма, условия среды.

 Все хромосомные болезни разделяются по 2-м большим группам:

 

1. Вызванные нарушением  числа хромосом (геномные мутации). Геномные мутации самые многочисленные  и составляют основную долю  хромосомных болезней. Представлены в виде моносомий, трисомий и других форм полисомий. Сюда же можно отнести триплоидии и тетраплоидии, при которых дети погибают в первые часы и дни рождения или в утробе.

 

  Наиболее часто встречается болезнь (синдром) Дауна или трисомия-21, в основе которой лежат генетические дефекты. Была описана в 1866 г. педиатром Дауном и в настоящее время является самой изученной хромосомной болезнью. Встречается примерно у одного из 700 новорожденных. В 94 % случаев болезнь обусловлена трисомией по 21 хромосоме, а в остальных – транслокацией 21 хромосомы.

 

2. Вызванные изменением  структуры хромосом (хромосомные  мутации). Представлены частичной  моносомией (делецией), частичной трисомией (дупликацией) и др. К примеру, выявлено минимум 200 случаев синдрома частичной трисомии (по короткому плечу хромосомы 9).

 

причина хромосомных мутацийПризнаки этого заболевания следующие:

1. умственная отсталость;
2. задержка роста микробрахицефалия;
3. энофтальм, т.е. глубоко посаженные глаза;
4. округлый кончик носа;
5. врождённые пороки сердца и др.

 

Такие эффекты дают хромосомные  мутации, примеры с синдромом  Дауна и синдромом частичной  трисомии показательны.

 

Ряд хромосомных болезней также связан с изменением числа  половых хромосом. Больные с такими аномалиями не дают потомства.

 

Этиологическое лечение  хромосомных болезней пока не разработано. Их можно лишь постараться предотвратить  путем метода пренатальной диагностики.

Наука ставит перед собой  задачи уменьшения генетического груза  посредством снижения вероятностей мутаций и предотвращения их, устранения  изменений ДНК с помощью генной инженерии.

 

Причины мутаций

Мутации делятся на :

1. спонтанные
2. индуцированные.

Спонтанные мутации возникают самопроизвольно на протяжении всей жизни организма в нормальных для него условиях окружающей среды с частотой около 10^{-9} — 10^{-12} на нуклеотид за клеточную генерацию.

Индуцированными мутациями называют наследуемые изменения генома, возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных (экспериментальных) условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды.

Мутации появляются постоянно  в ходе процессов, происходящих в  живой клетке. Основные процессы, приводящие к возникновению мутаций —  репликация ДНК, нарушения репарации  ДНК, транскрипции[1][2] и генетическая рекомбинация.

 

Существует несколько  классификаций мутаций по различным  критериям. Мёллер предложил делить мутации по характеру изменения функционирования гена на :

1. гипоморфные (измененные аллели действуют в том же направлении, что и аллели дикого типа; синтезируется лишь меньше белкового продукта),
2. аморфные (мутация выглядит, как полная потеря функции гена, например, мутация white у Drosophila), антиморфные (мутантный признак изменяется, например, окраска зерна кукурузы меняется с пурпурной на бурую)
3. неоморфные.

В современной учебной  литературе используется и более  формальная классификация, основанная на характере изменения структуры  отдельных генов, хромосом и генома в целом. В рамках этой классификации  различают следующие виды мутаций:

1. геномные;
2. хромосомные;
3. генные.

 

Геномные: — полиплоидизация (образование организмов или клеток, геном которых представлен более чем двумя (3n, 4n, 6n и т. д.) наборами хромосом) и анеуплоидия (гетероплоидия) — изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору (см. Инге-Вечтомов, 1989). В зависимости от происхождения хромосомных наборов среди полиплоидов различают аллополиплоидов, у которых имеются наборы хромосом, полученные при гибридизации от разных видов, и аутополиплоидов, у которых происходит увеличение числа наборов хромосом собственного генома, кратное n.

При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки  структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) (крайний случай — объединение целых хромосом, т. н. Робертсоновская транслокация, которая является переходным вариантом от хромосомной мутации к геномной).