Мутационный процесс - процесс возникновения, формирования и реализации наследственных нарушений. Основой мутационного процесса являются мутации. Мутации происходят как в естественной среде обитания организмов, так и в условиях направленного воздействия мутагенами. В зависимости от этого различают спонтанный и индуцированный мутагенез.
Спонтанный мутагенез - это самопроизвольный процесс возникновения мутаций под влиянием естественных факторов среды. Существует несколько гипотез относительно генеза спонтанных мутаций: естественная радиация, наличие генов-мутаторов, определенное соотношение мутагенов и антимутагенов и др.По современным данным мутации возникают при нарушении процесса репликации и репарации ДНК.
Спонтанный мутационный процесс характеризуется определенной интенсивностью (частотой генных, хромосомных и геномных мутаций),
непрерывностью, ненаправленностью, отсутствием специфичности; он является одной из биологических характеристик вида (стабильность генотипа) и протекает постоянно. Частота спонтанных мутаций подвергается генному контролю (ферменты репарации) и параллельно влиянию естественного отбора (появление новых мутаций уравновешивается их элиминацией). Познание закономерностей спонтанного мутагенеза, причин его возникновения необходимо для создания специальных методов слежения за мутациями, чтобы контролировать их количество у человека.
Индуцированный мутагенез - возникновение мутаций под влиянием направленных специальных факторов внешней среды - мутагенов.
Способностью индуцировать мутации обладают различные мутагены физической, химической и биологической природы, которые вызывают соответственно радиационный, химический и биологический мутагенез.
Физические мутагены: ионизирующее излучение, ультрафиолет, температура и др. Ионизирующая радиация оказывает непосредственное действие на гены (разрыв водородных связей ДНК, изменение нуклеотидов), хромосомы (хромосомные аберрации) и геномы (изменение числа и наборов хромосом). Эффект радиации сводится к ионизации и образованию свободных радикалов. Разные формы живых организмов характеризуются различной чувствительностью к радиации.
Химические мутагены (лекарственные препараты, никотин, алкоголь, гербициды, пестициды, кислоты, соли и др.) вызывают генные, реже хромосомные мутации. Мутагенный эффект больше у тех соединений, которые способны взаимодействовать с ДНК в период репликации.
Биологические мутагены (вирусы, живые вакцины и др.) вызывают генные мутации и хромосомные перестройки. Мутагенный эффект избирателен в отношении отдельных генов.
При оценке индуцированных мутаций учитывают индивидуальный и популяционный прогноз. Все виды мутагенеза опасны при вовлечении больших популяций людей.
Для защиты живых организмов от поражающего действия мутагенов используются антимутагены, организуется комплексная система генетического мониторинга и химического скрининга.
Репарация генетического материала
ДНК отличается высокой стабильностью, которая поддерживается особой ферментативной системой, находящейся под генетическим контролем, она же принимает участие и в репарации. Многие повреждения ДНК, которые могли бы реализоваться в виде мутаций при действии сильных мутагенов, исправляются репаративными системами. М.Е. Лобашовым была выдвинута идея о физиологичности мутационного процесса, о возникновении мутации как многоступенчатом процессе. Формирование мутации складывается из первичного молекулярного повреждения ДНК, предмутационного состояния и стойкой мутации.
Известны 2 способа репарации, при которых исправляются однонитевые повреждения ДНК: дорепликативная (фотореактивация, темновая) и пострепликативная репарация.
Генетические различия в активности репарирующих ферментов определяют разную продолжительность жизни и устойчивость организмов к действию мутагенов и канцерогенов. У человека некоторые болезни (прогерия) связаны с нарушением процесса репликации и репарации ДНК. Моделью для изучения генетических механизмов репарации является заболевание –пигментная ксеродерма. Известно, что 90% мутагенов являются и канцерогенами. Существует несколько теоретических концепций (теорий) канцерогенеза: мутационная, вирусно-генетическая, концепция онкогена и др.
Генетический мониторинг
Человек контактирует с разнообразными химическими веществами, проверить каждое на возможность мутагенного (канцерогенного) эффекта или генотоксичности не представляется возможным, поэтому проводится отбор определенных химических веществ для исследования на мутагенность.
Выбор того или иного вещества определяется:
- его распространением в среде обитания человека и контактом с ними большей части населения (лекарства, косметические средства,
продукты питания, пестиды и др.)
- структурным сходством с известными мутагенами и канцерогенами (нитрозосоединения, ароматические углеводороды) Для исследования на мутагенность
- используется несколько тест-систем (около 20 из 100 имеющихся методов) т.к. нет универсального теста для выявления всех типов мутаций в половых и соматических клетках.
- применяется ступенчатость тестирования (в начале на микроорганизмах, дрозофиле и др. объектах и только потом в клетках человека.)
Иногда достаточно использование одной тест-системы, для выявления мутагенности вещества и соответственно невозможность его использования.
Генетический мониторинг - это система долговременных популяционных исследований по контролю за мутационным процессом у человека (слежение за мутациями). Он складывается из:
- химического скрининга - экспериментальной проверки мутагенности химических соединений (слежение за мутациями в тест-системах)
- прямого анализа частот генных мутаций
- феногенетического мониторинга.
При химическом скрининге используют 4 тест-системы, которые позволяют учесть все типы генетических повреждений и составить представление о генетической активности веществ:
а) исследование генных мутаций у микроорганизмов с метаболической активацией
б) выявление доминантных летальных мутаций у мышей
в) цитологический анализ изменения хромосом (геномные и хромосомные мутации) в лимфоцитах человека
г) цитологический анализ изменения хромосом (геномные и хромосомные мутации) в костном мозге у млекопитающих.
Система тестирования состоит из просеивающей и полной программы, возможность их использования определяется степенью контакта населения с данным химическим веществом.
Заключение
Каждый из рассмотренных разделов широко раскрывает сущность таких понятий как: мутационная изменчивость, её причины и классификации, модификационная изменчивость, закон гомологических рядов, популяции и чистые линии, а также рассказывает о практическом использовании изменчивости организмов в селекции.
Как уже известно - изменчивость - это разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства, которое присуще всем живым организмам. Термин «Изменчивость» употребляется также для обозначения способности живых организмов отвечать морфофизиологическими изменениями на внешние воздействия и для характеристики преобразований форм живых организмов в процессе их эволюции. изменений, а также целей и методов исследования.
Чёткое представление о категориях и формах изменчивости необходимо при построении эволюционных схем и теорий, так как явления наследственности и изменчивости лежат в основе эволюционного процесса, а также в практической селекции растений и животных, при изучении ряда проблем медицинской географии и популяционной антропологии.
Источники информации
1. Алиханян С.И. Амфьев А.В. Чернин Л.С. Общая генетика. – М.: Высш. шк., 1985.
2. Лішенко І.Д. Генетика с основами селекції. – К.: Вищ. шк., 1994.
3. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. – М.: Высш шк., 1989.
4. Гуляев Г.В. Генетика – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос. 1984.
5. Стрельчук С.І. Демідов С.В. Бердишев Г.Д. Голда Д.М. Генетика з основами селекції: Підручник – К.: Фітосоціоцентр. 2000.
6. Дубинин Н.П. Генетика. – Кишинев: Штинница. 1985.