Mutacije so pomemben predmet študija za citogenetike in biokemike. Prav mutacije, genske ali kromosomske, so najpogosteje vzrok za dedne bolezni. V naravnih razmerah se kromosomske preureditve pojavljajo zelo redko. Mutacije, ki jih povzročajo kemikalije, biološki mutageni ali fizični dejavniki, kot je ionizirajoče sevanje, so pogosto vzrok za prirojene malformacije in malignosti.
Splošne informacije o mutacijah
Hugh de Vries je mutacijo opredelil kot nenadno spremembo dedne lastnosti. Ta pojav najdemo v genomu vseh živih organizmov, od bakterij do ljudi. V normalnih pogojih se mutacije v nukleinskih kislinah pojavljajo zelo redko, s pogostostjo približno 1 10–4 – 1 10–10.
Odvisno od količine genskega materiala, na katerega so vplivale spremembe, se mutacije delijo na genomske, kromosomske in genske. Genomske so povezane s spremembo števila kromosomov (monosomija, trisomija, tetrasomija); kromosomske so povezane s spremembo strukture posameznikakromosomi (delecije, podvojitve, translokacije); genske mutacije vplivajo na en sam gen. Če je mutacija prizadela samo en par nukleotidov, je to točkovna mutacija.
Glede na vzroke, ki so jih povzročili, ločimo spontane in inducirane mutacije.
Spontane mutacije
Spontane mutacije nastanejo v telesu pod vplivom notranjih dejavnikov. Spontane mutacije veljajo za normalne, redko vodijo do resnih posledic za telo. Najpogosteje se takšne prerazporeditve pojavijo znotraj istega gena, povezane z zamenjavo baz - purin za drug purin (prehod) ali purin za pirimidin (transverzija).
Bistveno redkeje se spontane mutacije pojavijo v kromosomih. Kromosomske spontane mutacije običajno predstavljajo translokacije (prenos enega ali več genov z enega kromosoma na drugega) in inverzije (spremembe zaporedja genov v kromosomu).
Inducirane prerazporeditve
Inducirane mutacije se pojavijo v telesnih celicah pod vplivom kemikalij, sevanja ali replikacijskega materiala virusov. Takšne mutacije se pojavljajo pogosteje kot spontane in imajo resnejše posledice. Vplivajo na posamezne gene in skupine genov, blokirajo sintezo posameznih beljakovin. Inducirane mutacije pogosto globalno vplivajo na genom, prav pod vplivom mutagenov se v celici pojavijo nenormalni kromosomi: izokromosomi, obročni kromosomi, dicentriki.
Mutageni poleg kromosomskih preureditev povzročajo poškodbe DNK: dvoverižni prelom,tvorba zamrežnih povezav DNK.
Primeri kemičnih mutagenov
Kemični mutageni vključujejo nitrate, nitrite, analoge dušikove baze, dušikovo kislino, pesticide, hidroksilamin, nekatere aditive za živila.
Dušikova kislina povzroči, da se amino skupina odcepi od dušikovih baz in jo nadomesti z drugo skupino. To vodi do točkovnih mutacij. Hidroksilamin povzroča tudi kemično povzročene mutacije.
Nitrati in nitriti v velikih odmerkih povečajo tveganje za raka. Nekatera prehranska dopolnila povzročajo arilacijske reakcije nukleinskih kislin, kar vodi do motenj v transkripcijskih in translacijskih procesih.
Kemični mutageni so zelo raznoliki. Pogosto prav te snovi povzročajo inducirane mutacije v kromosomih.
fizični mutageni
Fizikalni mutageni vključujejo ionizirajoče sevanje, predvsem kratkovalovno in ultravijolično. Ultravijolično sproži proces peroksidacije lipidov v membranah, izzove nastanek različnih defektov v DNK.
Rentgensko in gama sevanje izzoveta mutacije na ravni kromosomov. Takšne celice niso sposobne delitve, odmrejo med apoptozo. Inducirane mutacije lahko vplivajo tudi na posamezne gene. Na primer, blokiranje genov za zaviranje tumorjev vodi do tumorjev.
Primeri induciranih preureditev
Primeri povzročenih mutacij so različne genetske bolezni, ki se pogosteje kažejo na območjih, nagnjenih kizpostavljenost fizikalnemu ali kemičnemu mutagenemu faktorju. Znano je predvsem, da se v indijski zvezni državi Kerala, kjer letna učinkovita doza ionizirajočega sevanja za 10-krat presega normo, poveča pogostnost rojstva otrok z Downovim sindromom (trisomija na 21. kromosomu). V kitajskem okrožju Yangjiang so v tleh našli veliko količino radioaktivnega monazita. Nestabilni elementi v njegovi sestavi (cerij, torij, uran) razpadajo s sproščanjem gama kvantov. Izpostavljenost kratkovalovnemu sevanju v občini je povzročila veliko število rojstev otrok s sindromom jokajoče mačke (izbris velikega dela 8. kromosoma), pa tudi povečano pojavnost raka. Še en primer: januarja 1987 je bilo v Ukrajini zabeleženo rekordno število rojstev otrok z Downovim sindromom, povezanih z nesrečo v Černobilu. V prvem trimesečju nosečnosti je plod najbolj občutljiv na učinke fizikalnih in kemičnih mutagenov, zato je velika doza sevanja povzročila povečanje pogostosti kromosomskih anomalij.
Eden najbolj razvpitih kemičnih mutagenov v zgodovini je pomirjevalo talidomid, ki so ga izdelovali v Nemčiji v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Jemanje tega zdravila je privedlo do rojstva številnih otrok z najrazličnejšimi genetskimi nepravilnostmi.
Metodo inducirane mutacije znanstveniki običajno uporabljajo za iskanje najboljšega načina za boj proti avtoimunskim boleznim in genetskim nepravilnostim, povezanim s hipersekrecijo beljakovin.
