Spontan mutation: klassificering, orsaker, exempel

Vilka mutationer kallas spontana? Om du översätter termen till ett tillgängligt språk, så är det naturliga fel som uppkommer under samspelet mellan genetiskt material och den interna och / eller yttre miljön. Sådana mutationer är vanligtvis slumpmässiga. De observeras i könsorganen och i andra kroppsdelar.

Exogena orsaker till mutationer

Spontan mutation kan inträffa under påverkan av kemikalier, strålning, som påverkas av höga eller låga temperaturer, sällsynt luft eller högt tryck.

Varje år absorberar en person ungefär en tiondel av en serie joniserande strålning, vilket är en naturlig strålningsbakgrund. Detta nummer inkluderar gammastrålningen i jordens kärna, solvinden, elementets radioaktivitet som ligger i jordskorpans tjocklek och upplöses i atmosfären. Den erhållna dosen beror också på var personen befinner sig. En fjärdedel av alla spontana mutationer händer exakt på grund av denna faktor.

Ultraviolett strålning, i motsats till populär tro, spelar en mindre roll i förekomsten av DNA-sönderfall, eftersom det inte kan tränga in tillräckligt djupt i människokroppen. Men huden lider ofta av överdriven insolation (melanom och andra cancerformer). Unikellulära organismer och virus muterar emellertid under påverkan av solljus.

För höga eller låga temperaturer kan också orsaka förändringar i det genetiska materialet.

Endogena orsaker till mutationer

De främsta orsakerna till vilka en spontan mutation kan uppstå är endogena faktorer. Dessa inkluderar biprodukter av metabolism, fel i replikationsprocessen, reparation eller rekombination och andra.

1. Replikationsfel:
   - Spontana övergångar och inversioner av kvävebaser.
   - Felaktig inkorporering av nukleotider på grund av DNA-polymerasfel;
   - kemisk ersättning av nukleotider, till exempel guanin-cytosin med adenin-guanin.
2. Återställningsfel:
   - Mutationer i generna som är ansvariga för att reparera enskilda delar av DNA-kedjan efter deras brott under påverkan av yttre faktorer.
3. Problem med rekombination:
   - Misslyckanden i överföringsprocessen under meios eller mitos leder till deponering och slutförande av baserna.

Dessa är de viktigaste faktorerna som orsakar spontana mutationer. Orsakerna till funktionsstörningar kan vara aktiveringen av mutatorgener, liksom omvandlingen av säkra kemiska föreningar till mer aktiva metaboliter som påverkar cellens kärna. Dessutom finns det fortfarande strukturella faktorer. Dessa innefattar upprepning av sekvensen av nukleotider nära platsen för kedjeomläggningen, närvaron av ytterligare DNA-sektioner som liknar strukturen gentemot genen, liksom genets mobila element.

Patogenes av mutation

Spontan mutation härrör från inverkan av alla ovanstående faktorer, som verkar tillsammans eller separat under en viss period av celllivet. Det finns ett sådant fenomen som en glidande störning av parningen av dottern och maternella DNA-strängar. Som en följd därav bildas ofta slingor av peptider, vilka inte kan införlivas tillräckligt i sekvensen. Efter borttagning av överskott av DNA från dotterns kedja kan loopar både resekteras (raderingar) och inbäddas (duplikeringar, infogningar). Förändringarna fastställs i nästa cykel av celldelning.

Hastigheten och antalet mutationer som uppstår beror på den primära DNA-strukturen. Vissa forskare tror att absolut alla DNA-sekvenser har mutagenicitet, om de bildar böjar.

De vanligaste spontana mutationerna

Vad är det som oftast manifesteras i det genetiska materialet av spontana mutationer? Exempel på sådana tillstånd är förlusten av kvävebaser och avlägsnandet av aminosyror. Cytosinrester är särskilt mottagliga för dem.

Det är bevisat att hittills har mer än hälften av ryggradsdjur en mutation av cytosinrester. Efter deaminering ändras metylcytosin till tymin. Efterföljande kopiering av det här avsnittet upprepar felet eller tar bort det eller dubblerar det och muterar det till ett nytt fragment.

En annan orsak till de frekventa spontana mutationerna är ett stort antal pseudogener. På grund av detta kan man i process av meios bilda ojämna homologa rekombinationer. En följd av detta är omorganiseringen i generna, rotation och fördubbling av de individuella nukleotidsekvenserna.

Polymerasmodell av mutagenes

Enligt denna modell uppstår spontana mutationer som ett resultat av slumpmässiga fel i molekyler som syntetiserar DNA. För första gången presenterades en sådan modell av Bresler. Han föreslog att mutationer beror på det faktum att polymeraser i vissa fall införlivar okomplicerade nukleotider i sekvensen.

År senare, efter långa inspektioner och experiment, var denna åsikt godkänd och accepterad i den vetenskapliga världen. Vissa regelbundenheter har erhållits som gör det möjligt för forskare att kontrollera och direktmutera genom att utsätta vissa regioner av DNA för ultraviolett strålning. Till exempel fann man att adrenin är oftast byggd framför en skadad triplett.

Tautomerisk modell av mutagenes

En annan teori som förklarar spontana och artificiella mutationer föreslogs av Watson och Crick (upptäckarna av DNA-strukturen). De föreslog att mutagenes baseras på förmågan hos vissa DNA-baser att omvandlas till tautomera former som förändrar sättet på vilket baserna förenas.

Efter publicering utvecklades hypotesen aktivt. Nya former av nukleotider upptäcktes efter bestrålning med deras ultravioletta. Detta gav forskare nya möjligheter till forskning. Modern vetenskap diskuterar fortfarande rollen som tautomera former vid spontan mutagenes och dess effekt på antalet upptäckta mutationer.

Andra modeller

Spontan mutation är möjlig om DNA-DNA-polymeraser inte känns igen av nukleinsyror. Poltayev och medförfattare klargjorde mekanismen som säkerställer komplementaritetsprincipen vid syntes av dotter-DNA-molekyler. Denna modell fick studera regelbundenheten av utseendet av spontan mutagenes. Forskare förklarade deras upptäckt av det faktum att huvudorsaken till förändringen i DNA-strukturen är syntesen av icke-kanoniska nukleotidpar.

De föreslog att svullnaden av baserna beror på deaminering av DNA-sektioner. Detta leder till en förändring av cytosin till tymin eller uracil. På grund av sådana mutationer bildas par av inkompatibla nukleotider. Under nästa replikation finns därför en övergång (punktsubstitution av nukleotidbaser).

Klassificering av mutationer: spontan

Det finns olika klassificeringar av mutationer beroende på vilket kriterium som ligger till grund för dem. Det finns en separation enligt arten av förändringen i genens funktion:

- hypomorfa (muterade alleler syntetiserar färre proteiner, men de liknar de ursprungliga);
- amorf (genen har helt förlorat sina funktioner);
- Antimorf (muterad gen förändrar helt tecknet som det representerar);
- neomorfa (nya tecken visas).

Men klassificeringen är vanligare, vilket delar alla mutationer i proportion till den muterbara strukturen. urskiljas:

1. Genomiska mutationer. Dessa inkluderar polyploidi, det vill säga bildandet av ett genom med en trippel eller mer kromosomuppsättning och aneuploidi - antalet kromosomer i genomet är inte en multipel av haploiden.
2. Kromosom mutationer. Det finns signifikanta förändringar i vissa delar av kromosomerna. Skill mellan informationsförlusten (deletion), dess dubbelarbete (duplicering), förändringen i orienteringen av nukleotidsekvenser (inversion) och överföringen av kromosomregioner till en annan plats (translokation).
3. Genmutation. Den vanligaste mutationen. I DNA-kedjan ersätts flera slumpmässiga kvävebaser.

Konsekvenser av mutationer

Spontana mutationer är orsakerna till tumörer, ackumulationssjukdomar, dysfunktioner hos organ och vävnader hos människor och djur. Om den muterade cellen ligger i en stor multicellär organism, kommer den med hög grad av sannolikhet att förstöras genom att utlösa apoptos (programmerad celldöd). Kroppen styr processen för att bevara genetiskt material och genom att immunsystemet blir av med alla möjliga skadade celler.

I ett fall har T-lymfocyter från hundratusentals inte tid att känna igen den drabbade strukturen, och det ger en klon av celler som också innehåller en muterad gen. Cellens konglomerat har redan andra funktioner, det producerar giftiga ämnen och påverkar kroppens allmänna tillstånd negativt.

Om mutationen inträffade inte i den somatiska men i könscellen kommer förändringarna att observeras hos avkomman. De manifesteras av medfödda patologier av organ, deformiteter, metaboliska störningar och ackumulationssjukdomar.

Spontana mutationer: Signifikans

I vissa fall kan tidigare mutationslösa mutationer vara användbara för anpassning i nya livsförhållanden. Detta representerar mutationen som ett mått på naturligt urval. Djur, fåglar och insekter har en kamouflagefärgning, som motsvarar bostadsområdet, för att skydda sig från rovdjur. Men om deras livsmiljö varierar, försöker naturen med hjälp av mutationer att skydda arten från utrotning. Under de nya förutsättningarna överlever de fittestaste och överför denna förmåga till andra.

Mutationen kan inträffa i inaktiva delar av genomet, och sedan observeras inga synliga förändringar i fenotypen. Att upptäcka en "uppdelning" är endast möjlig med hjälp av specifika studier. Detta är nödvändigt för att studera ursprungsrelaterade djurarter och upprätta deras genetiska kartor.

Problemet med spontanitet av mutationer

Under fyrtiotalet av förra seklet var det en teori att mutationer orsakas enbart av påverkan av yttre faktorer och hjälper dem att anpassa sig. För att testa denna teori utvecklades ett speciellt test och en metod för repetition.

Förfarandet bestod i det faktum att ett litet antal bakterier av en art såddes på provrör och efter flera inokuleringar tillsattes antibiotika till dem. Några av mikroorganismerna överlevde, och de överfördes till en ny miljö. Jämförelse av bakterier från olika provrör visade att resistens uppträdde spontant, både före och efter antibiotikakontakt.

Metoden för upprepning var att mikroorganismer överfördes till den fleecy vävnaden och överfördes sedan till flera rena medier samtidigt. De nya kolonierna odlades och behandlades med ett antibiotikum. Som ett resultat överlevde bakterier i olika provrör på samma delar av mediet.