Mutațiile sunt un obiect important de studiu pentru citogeneticieni și biochimiști. Mutațiile, gene sau cromozomiale, sunt cel mai adesea cauza bolilor ereditare. În condiții naturale, rearanjamentele cromozomiale apar foarte rar. Mutațiile cauzate de substanțe chimice, mutageni biologici sau factori fizici, cum ar fi radiațiile ionizante, sunt adesea cauza malformațiilor congenitale și a afecțiunilor maligne.
Informații generale despre mutații
Hugh de Vries a definit o mutație ca o schimbare bruscă a unei trăsături ereditare. Acest fenomen se găsește în genomul tuturor organismelor vii, de la bacterii la oameni. În condiții normale, mutațiile acizilor nucleici apar foarte rar, cu o frecvență de aproximativ 1 10–4 – 1 10–10.
În funcție de cantitatea de material genetic afectat de modificări, mutațiile sunt împărțite în genomice, cromozomiale și genice. Cele genomice sunt asociate cu o modificare a numărului de cromozomi (monozomie, trisomie, tetrasomie); cromozomiale sunt asociate cu o modificare a structurii individuluicromozomi (deleții, duplicări, translocații); mutațiile genelor afectează o singură genă. Dacă mutația a afectat doar o pereche de nucleotide, atunci este o mutație punctuală.
În funcție de cauzele care le-au cauzat, se disting mutațiile spontane și cele induse.
Mutații spontane
Mutațiile spontane apar în organism sub influența factorilor interni. Mutațiile spontane sunt considerate normale, rareori duc la consecințe grave pentru organism. Cel mai adesea, astfel de rearanjamente apar în cadrul aceleiași gene, asociate cu înlocuirea bazelor - purina pentru o altă purină (tranziție) sau purina pentru pirimidină (transversie).
În cromozomi apar mutații spontane semnificativ mai rar. Mutațiile cromozomiale spontane sunt de obicei reprezentate de translocații (transferul uneia sau mai multor gene de la un cromozom la altul) și inversiuni (modificări ale secvenței genelor dintr-un cromozom).
Rearanjamente induse
Mutațiile induse apar în celulele corpului sub influența substanțelor chimice, radiațiilor sau a materialului de replicare al virușilor. Astfel de mutații apar mai des decât cele spontane și au consecințe mai grave. Ele afectează genele individuale și grupurile de gene, blocând sinteza proteinelor individuale. Mutațiile induse afectează adesea genomul la nivel global, sub influența mutagenilor apar cromozomi anormali în celulă: izocromozomi, cromozomi inel, dicentrici.
Mutagenii, pe lângă rearanjamentele cromozomiale, provoacă leziuni ADN-ului: rupturi dublu-catenar,formarea legăturilor încrucișate ADN.
Exemple de mutageni chimici
Mutagenii chimici includ nitrați, nitriți, analogi de baze azotate, acid azot, pesticide, hidroxilamină, unii aditivi alimentari.
Acidul azot face ca grupa amino să fie scindată din baze azotate și înlocuită cu o altă grupă. Acest lucru duce la mutații punctiforme. Hidroxilamina provoacă, de asemenea, mutații induse chimic.
Nitrații și nitriții în doze mari cresc riscul de cancer. Unele suplimente nutritive provoacă reacții de arilare a acizilor nucleici, ceea ce duce la întreruperea proceselor de transcripție și translație.
Mutagenii chimici sunt foarte diversi. Adesea, aceste substanțe sunt cele care provoacă mutații induse în cromozomi.
Mutageni fizici
Mutagenii fizici includ radiațiile ionizante, în principal undele scurte și ultravioletele. Ultravioletul începe procesul de peroxidare a lipidelor în membrane, provoacă formarea diferitelor defecte în ADN.
Razele X și radiațiile gamma provoacă mutații la nivelul cromozomilor. Astfel de celule nu sunt capabile de diviziune, ele mor în timpul apoptozei. Mutațiile induse pot afecta, de asemenea, genele individuale. De exemplu, blocarea genelor supresoare tumorale duce la tumori.
Exemple de rearanjamente induse
Exemple de mutații induse sunt diverse boli genetice, care se manifestă mai des în zonele predispuse laexpunerea la un factor mutagen fizic sau chimic. Se știe, în special, că în statul indian Kerala, unde doza anuală efectivă de radiații ionizante depășește norma de 10 ori, frecvența de naștere a copiilor cu sindrom Down (trisomie pe cromozomul 21) este crescută. În districtul chinez Yangjiang, în sol a fost găsită o mare cantitate de monazit radioactiv. Elementele instabile din compoziția sa (ceriu, toriu, uraniu) se degradează odată cu eliberarea de cuante gamma. Expunerea la radiații cu unde scurte în județ a dus la un număr mare de nașteri de copii cu sindromul pisicii care plânge (ștergerea unei mari secțiuni a cromozomului 8), precum și la o incidență crescută a cancerului. Un alt exemplu: în ianuarie 1987, în Ucraina a fost înregistrat un număr record de nașteri de copii cu sindrom Down, asociat cu accidentul de la Cernobîl. În primul trimestru de sarcină, fătul este cel mai sensibil la efectele mutagenelor fizice și chimice, așa că o doză colosală de radiații a dus la o creștere a frecvenței anomaliilor cromozomiale.
Unul dintre cei mai infami mutageni chimici din istorie este sedativul Talidomida, fabricat în Germania în anii 1950. Utilizarea acestui medicament a dus la nașterea multor copii cu o mare varietate de anomalii genetice.
Metoda mutației induse este folosită în mod obișnuit de oamenii de știință pentru a găsi cea mai bună modalitate de a lupta împotriva bolilor autoimune și a anomaliilor genetice asociate cu hipersecreția de proteine.
