Индуцированные мутации бактерий. Химический мутагенез. Радиационный мутагенез. Типы мутаций.

Обновлено: 08.05.2024

Мутационная изменчивость является результатом мутаций.

Мутация(от лат. “mutazio” - изменение, перемена) -наследственное изменение генотипа (это изменение наследственного материала, приводящее к появлению новых признаков организма, способных передаваться последующему поколению. Термин “мутация” ввел в науку в 1901 г. Голландский генетик Г. де Фриз, описавший самопроизвольные мутации у растений. Мутации - это стойкие изменения затрагивающие как целые хромосомы, их части, отдельные гены. Чаще всего, мутации это мелкие, едва заметные отклонения от нормы.

Дарвин назвал наследственную изменчивость неопределенной (индивидуальной), подчеркивая ее случайный и относительно редкий характер.

Мутации являются источником генетического разнообразия, составляя резерв наследственной изменчивости.

Классификация мутаций

1. По характеру проявления:

проявления бывают доминантными и рецессивными. Мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко снижающие жизнеспособность, частично или полностью останавливающие развитие, называют полулетальными а несовместимые с жизнью — летальными.

2. По месту возникновения:

Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Но при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих изменившийся — мутировавший — ген, мутации могут передаваться потомству. Такие мутации называют соматическими.

3. По уровню возникновения:

Генные мутации - изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена А на Т. Причины - нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия.

Хромосомные мутации - изменение строения хромосом: выпадение участка, удвоение участка, поворот участка на 180 градусов, перенос участка на другую (негомологичную) хромосому и т.п. Причины - нарушения при кроссинговере. Пример: синдром кошачьего крика.

Геномные мутации - изменение количества хромосом. Причины - нарушения при расхождении хромосом. В зависимости от характера изменения числа хромосом различают:

Полиплоидия - кратные изменения (в несколько раз, например, 12 → 24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению размера.
Анеуплоидия - изменения на одну-две хромосомы. Например, одна лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при этом общее количество хромосом - 47).

В зависимости от характера изменения числа хромосом различают:

Спонтанные мутации - возникают при нормальных условиях жизни, зависят от внешних и внутренних факторов, возникают в соматических и генеративных клетках.

Индуцированные мутации - это искусственное получение мутаций с помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия. Ученые полагают, что факт наследования мутаций вызывает определенные опасения, поскольку это может увеличить риск развития рака. Азиатов от алкоголизма защищает ген-мутант. Почему процент алкоголиков в азиатских странах значительно ниже, чем в странах, где основную часть населения составляет так называемое белое население.

Факторы среды, вызывающие появление мутаций называются- мутагенами.

Различают:

Физические мутагены

- ионизирующее и ультрафиолетовое излучение;

- чрезмерно высокая или низкая температура;

Химические мутагены

- нитраты, нитриты, пестициды, никотин, метанол, бензпирен.

- некоторые пищевые добавки, например, ароматические углеводороды;

- продукты переработки нефти;

- лекарственные препараты, препараты ртути, иммунодепрессанты .

Биологические мутагены

- некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа)

- продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);

Свойства мутации:

мутации наследственны, т.е. передаются из поколения в поколение.
мутации возникают внезапно (спонтанно), ненаправленно.
мутации не направлены - мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении.
одни и те же мутации могут возникать повторно.
мутации индивидуальны, т.е. возникают у отдельных особей.
мутации могут быть полезными ,вредными, нейтральными; доминантными и рецессивными.

Значение мутаций

Служат резервом наследственной изменчивости (сохраняются в популяции в скрытом-рецессивном) виде, являются материалом для эволюции.

Причина многих наследственных заболеваний и уродств.

Индуцированные мутации “поставляют” материал для искусственного отбора и селекции.

МУТАГЕНЕЗ - процессы-реакции в генном аппарате биологического объекта, при которых происходят изменения в строении генов, передающиеся по наследству. Такие изменения могут затрагивать отдельные нуклеотиды или группы их, сопровождаясь в некоторых случаях изменениями в морфологии хромосом. Изменения уже одного нуклеотида, входящего в состав триплета, приводят к образованию иной аминокислоты, входящей в состав белка, и могут привести к изменению соответствующего признака.

Спонтанный мутагенез зависит от внешних и внутренних факторов (биологические, химические, физические ). Спонтанные мутации возникают у человека в соматических и генеративных тканях. Метод определения спонтанных мутаций основан на том, что у детей появляется доминантный признак, хотя у его родителей он отсутствует. При спонтанном мутагенезе могут происходить все типы наследственных перемен, которые наблюдаются при индуцированном мутагенезе: замена пар аденин-тимин или чаще гуанин-цитозин, ошибочное спаривание двух пуринов или двух пиримидинов, делеции, включения и другие изменения. Каждый биологический объект характеризуется определенным фоном спонтанных мутаций, которые с разной частотой затрагивают те или иные генетические признаки.

Индуцированный мутагенез - это искусственное получение мутаций с помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым. Затем, проводя обширные исследования, была установлена радиобиологическая зависимость мутаций. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия. В конце сороковых годов открыли существование мощных химических мутагенов, которые вызывали серьезные повреждения ДНК человека для целого ряда вирусов. Одним из примеров воздействия мутагенов на человека может служить эндомитоз - удвоение хромосом с последующим делением центромер, но без расхождения хромосом.

Классификация мутаций у бактерий

Мутации - изменения, возникающие в генетическом аппарате бактерий и передающиеся по наследству. Они бывают спонтанные и индуцированные.

Мутации, возникающие в популяции бактерий без целенаправленного экспериментального вмешательства, называют спонтанными. Как правило, спонтанные мутации можно объяснить случайными ошибками при репликации ДНК. Например, тимин, который обычно спаривается с аденином, может перейти в фенольную форму и образовать водородные связи с гуанином. В результате во вновь синтезированной молекуле ДНК вместо пары Т-А появляется пара Г-Ц. Возникают такие мутации довольно редко. В среднем частота спонтанных мутаций составляет 10-4-10-10, т. е. измененной оказывается одна клетка на 104 -1010 клеток.

Индуцированные мутации возникают с помощью воздействия тех или иных факторов - мутагенных агентов, которые существенно повышают частоту возникновения мутаций. Мутагенами могут быть химические, физические и биологические агенты, действующие на генетический аппарат бактерий. Мутагенные агенты характеризуются неспецифичностью действия, т. е. используя какой-то мутаген, нельзя надеяться на выделение клеток с определенным типом или характером мутаций: мутагены способны только повышать частоту возникновения мутаций.

По фенотипическим последствиям мутации подразделяют на прямые и обратные (или реверсии). Мутации, приводящие к утрате или изменению какой-то функции клетки, относятся к классу прямых, так как они вызывают появление у клеток другого фенотипа, который отличает их от бактерий дикого типа. Например, бактерии E. coli, способные в норме сбраживать лактозу (Lac+ -фенотип), могут утрачивать данный признак, и поэтому мутация Lac+ Lac- , будет считаться прямой. В результате обратной мутации у мутантного организма восстанавливается исходный (или дикий) фенотип: Lacъ- Lac+ - обратная мутация, или реверсия.

Обратные мутации бывают истинными (истинные реверсии) и вторичными. Об истинных обратных мутациях-когда измененный при первой мутации триплет нуклеотидов будет вновь восстановлен. Однако эффект первой мутации может быть компенсирован мутацией в другой части этого же или расположенного рядом гена. Такие мутации называют вторичными реверсиями.

Супрессорные мутации восстанавливают у мутантов только дикий фенотип, не восстанавливая первоначального состояния самого мутантного гена

Точковые мутации - мутации, затрагивающие только одну пару оснований и приводящие к замене одной пары оснований на другую. Например, пара А-Т может быть заменена Г-Ц или наоборот Мутации такого рода могут быть двух типов: • транзиции, в результате которых происходит замена пурина на другой пурин или же пиримидина на другой пиримидин (простая замена). • трансверсии, приводящие к замене пурина пиримидином, и наоборот (сложная замена), т. е. вместо пары А-Т появляется пара Т-А или Г-Ц.

миссенс-мутациями (мутациями с изменением смысла), в которых кодирующий триплет оснований после замены обеспечивает включение в белок уже другой аминокислоты. нонсенс-мутации (бессмысленные мутации), характеризующиеся тем, что кодирующий какую-либо аминокислоту триплет превращается в триплет, не кодирующий никакой аминокислоты, или стоп-кодон..

хромосомными. Дупликации - возникновение в данной нуклеотидной последовательности одного или, чаще, нескольких повторов. Делеции - утрата двух или нескольких пар оснований. Инверсии - изменение порядка нуклеотидов в ДНК на обратный по отношению к ориентации в штаммах дикого типа, возникающее обычно в результате рекомбинации с переворотом (flip-flop). Транслокации - перенос фрагмента ДНК в новое положение.

Мутанты, нуждающиеся в определенных аминокислотах, азотистых основаниях, ростовых факторах, называются ауксотрофными.

Индуцированный мутагенез

Эффективными способами получения исходного материала являются методы индуцированного мутагенеза - искусственного получения мутаций. Индуцированный мутагенез позволяет получить новые аллели, которые в природе обнаружить не удается. Например, этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д. Экспериментально полученные мутации у растений и микроорганизмов используют как материал для искусственного отбора. Этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д.

Для получения индуцированных мутаций у растений используют физические мутагены (гамма-излучение, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение) и специально созданные химические супермутагены (например, N-метил-N-нитрозомочевина).

Дозу мутагенов подбирают таким образом, чтобы погибало не более 30…50% обработанных объектов. Например, при использовании ионизирующего излучения такая критическая доза составляет от 1…3 до 10…15 и даже 50…100 килорентген. При использовании химических мутагенов применяют их водные растворы с концентрацией 0,01…0,2%; время обработки - от 6 до 24 часов и более.

Обработке подвергают пыльцу, семена, проростки, почки, черенки, луковицы, клубни и другие части растений. Растения, выращенные из обработанных семян (почек, черенков и т.д.) обозначаются символом M₁ (первое мутантное поколение). В M₁ отбор вести трудно, поскольку большая часть мутаций рецессивна и не проявляется в фенотипе. Кроме того, наряду с мутациями часто встречаются и ненаследуемые изменения: фенокопии, тераты, морфозы.

Поэтому выделение мутаций начинают в M₂ (втором мутантном поколении), когда проявляется хотя бы часть рецессивных мутаций, а вероятность сохранения ненаследственных изменений снижается. Обычно отбор продолжается в течение 2…3 поколений, хотя в некоторых случаях для выбраковки ненаследуемых изменений требуется до 5…7 поколений (такие ненаследственные изменения, сохраняющиеся на протяжении нескольких поколений, называют длительными модификациями).

Полученные мутантные формы или непосредственно дают начало новому сорту (например, карликовые томаты с желтыми или оранжевыми плодами) или используются в дальнейшей селекционной работе.

Однако применение индуцированных мутаций в селекции все же ограничено, поскольку мутации приводят к разрушению исторически сложившихся генетических комплексов. У животных мутации практически всегда приводят к снижению жизнеспособности и/или бесплодию. К немногим исключениям относится тутовый шелкопряд, с которым велась интенсивная селекционная работа с использованием авто- и аллополиплоидов (Б.Л. Астауров, В.А. Струнников).

Соматические мутации. В результате индуцированного мутагенеза часто получают частично мутантные растения (химерные организмы). В этом случае говорят о соматических (почковых) мутациях. Многие сорта плодовых растений, винограда, картофеля являются соматическими мутантами. Эти сорта сохраняют свои свойства, если их воспроизводят вегетативным путем, например, прививая обработанные мутагенами почки (черенки) в крону немутантных растений; таким путем размножают, например, бессемянные апельсины.

Полиплоидия. Как известно, термин «полиплоидия» используется для обозначения самых разнообразных явлений, связанных с изменением числа хромосом в клетках.

Автополиплоидия представляет собой многократное повторение в клетке одного и того хромосомного набора (генома). Автополиплоидия часто сопровождается увеличением размеров клеток, пыльцевых зерен и общих размеров организмов. Например, триплоидная осина достигает гигантских размеров, долговечна, её древесина устойчива к гниению. Среди культурных растений широко распространены как триплоиды (бананы, чай, сахарная свекла), так и тетраплоиды (рожь, клевер, гречиха, кукуруза, виноград, а также земляника, яблоня, арбузы). Некоторые полиплоидные сорта (земляника, яблоня, арбузы) представлены и триплоидами, и тетраплоидами. Автополиплоиды отличаются повышенной сахаристостью, повышенным содержанием витаминов. Положительные эффекты полиплоидии связаны с увеличением числа копий одного и того же гена в клетках, и, соответственно, в увеличении дозы (концентрации) ферментов. Как правило, автополиплоиды менее плодовиты по сравнению с диплоидами, однако снижение плодовитости обычно с лихвой компенсируется увеличением размеров плодов (яблони, груши, винограда) или повышенным содержанием определенных веществ (сахаров, витаминов). В то же время, в ряде случаев полиплоидия приводит к угнетению физиологических процессов, особенно при очень высоких уровнях плоидности. Например, 84-хромосомная пшеница менее продуктивна, чем 42-хромосомная.

Аллополиплоидия - это объединение в клетке разных хромосомных наборов (геномов). Часто аллополиплоиды получают путем отдаленной гибридизации, то есть при скрещивании организмов, принадлежащих к различным видам. Такие гибриды обычно бесплодны (их образно называют «растительными мулами»), однако, удваивая число хромосом в клетках, можно восстановить их фертильность (плодовитость). Таким путем получены гибриды пшеницы и ржи (тритикале), алычи и терна, тутового и мандаринового шелкопряда.

Полиплоидия в селекции используется для достижения следующих целей:

- получение высокопродуктивных форм, которые могут непосредственно внедряться в производство или использоваться как материал для дальнейшей селекции;

- восстановление плодовитости у межвидовых гибридов;

- перевод гаплоидных форм на диплоидный уровень.

В экспериментальных условиях образование полиплоидных клеток можно вызвать воздействием экстремальных температур: низкими (0…+8 °С) или высокими (+38…+45 °С), а также путем обработки организмов или их частей (цветков, семян или проростков растений, яйцеклеток или эмбрионов животных) митозными ядами. К митозным ядам относятся: колхицин (алкалоид безвременника осеннего - известного декоративного растения), хлороформ, хлоралгидрат, винбластин, аценафтен и др.

Лекция 11. Спонтанный и индуцированный мутагенез. Физические факторы мутагенеза. Химический мутагенез. Биологические факторы мутагенеза.

Мутагенез можно условно делить на спонтанный, когда мутации возникают в "нормальных" условиях роста, и индуцированный вследствие применения физических или химических мутагенов. При спонтанном мутагенезе могут происходить все типы наследственных перемен, которые наблюдаются при индуцированном мутагенезе: замена пар аденин-тимин или чаще гуанин-цитозин, ошибочное спаривание двух пуринов или двух пиримидинов, делеции, включения и другие изменения. Каждый биологический объект характеризуется определенным фоном спонтанных мутаций, которые с разной частотой затрагивают те или иные генетические признаки. При этом одни виды обладают большей мутабельностыо, чем другие. Частота мутаций на ген на поколение у дрозофилы варьирует в обычных условиях от 10 -5 до 10 -6 .

Частота спонтанных мутаций различных генов человека составляет 10 -5 -10 -3 на ген на поколение. В связи с тем, что у человека примерно 2,5•10 4 генов, общая частота его мутаций определяется 1 на каждого индивидуума в каждом поколении, то есть У каждого человека есть один мутировавший ген, которого не было у его родителей.

Долгое время объясняли спонтанный мутагенез действием космических лучей и естественного радиоактивного фона. Однако при экспериментальной проверке и проведении соответствующих вычислений, исходя из спонтанной мутабильности дрозофилы, было определено, что только 1/500-1/1200 доля всех спонтанных мутаций может происходить в результате действия доз радиации. Полагают, что одной из причин спонтанных изменений являются локальные флюктуации теплового движения атомов. Зависимость частоты спонтанных мутаций от времени подчиняется экспоненциальному закону, то есть логарифм приращения доли изменившихся особей пропорционален времени. Действительно, при старении клеток в них накапливаются мутационные изменения. Таким образом, спонтанный мутационный процесс характерен для каждого биологического объекта, а возникающие мутации являются материалов для естественного отбора.

Основные положения современной мутационной теории следующие.

1. Возникновение всякого наследственного изменения скачкообразно.

2. Изменения характеризуются "размахом" скачка, при этом резкие скачки улавливаются чаще, чем мелкие, которые бывают более многочисленными.

3. Мутационный процесс не направлен, то есть все признаки могут быть изменяемы, причем каждый признак может быть изменен в разных направлениях, но не в любых, так как структура признака эволюционно закреплена.

4. Мутации могут возникать на всех стадиях развития.

5. Мутации возникают как в половых, так и в соматических клетках.

6. Темп мутаций может быть различен, причем:

а) различные гены у одного вида мутируют с разной частотой, б) сходные гены в разных генотипах мутируют с различной скоростью, в) одни виды обладают более высокой мутационной изменчивостью, чем другие, что зависит от генотипического строения, степени адаптации к внешней среде и т. д.

7. Мутантные гены сохраняют свойства репродукции, вследствие чего мутационные изменения наследуются.

8. Каждый ген может мутировать в несколько состояний, образуя серию множественных аллелей.

9. Спонтанный мутационный процесс обусловливается свойством самого гена, системой генотипа, физиологическим состоянием организма и колебанием факторов внешней среды.

10. Мутации у различных видов организмов образуют гомологические ряды наследственных изменений, то есть у родственных видов, имеющих общее происхождение, возникают и сходные мутации (закон гомологических рядов; Н. И. Вавилов, 1935).

Изучение индуцированного мутагенеза включает различные направления, имеющие общебиологическое или прикладное значение. Центральное место занимает проблема управления процессами наследственности. Это направление включает исследования специфичности действия мутагенов, влияния на мутагенез различных процессов, протекающих в клетке, места в наследственных структурах и времени возникновения мутаций.

Мутагены используют в селекции микроорганизмов, растений и животных для получения полезных форм. Так, общее число антибиотиков, промышленный биосинтез которых стал возможным благодаря мутагенам, приближается к 300. Более 500 вариантов растений (пшеница, горох, кукуруза и др.), полученных методами мутагенеза, перспективны для селекции.

Если учесть, что у людей только часть спонтанных мутаций вызывается "естественной" радиацией, то остальные являются следствием воздействия химических мутагенов. Действительно, близкий Контакт человека с химическими веществами, широкое употребление химических, в частности лекарственных, веществ, многие из которых оказались мутагенами, являются содержанием следующего направления исследований мутагенеза. Канцерогенная активность некоторых мутагенов с избирательной локализацией опухолей у экспериментальных животных также составляет самостоятельный аспектиндуцированного мутагенеза. Этот аспект неразрывно связан с канцеролитическим действием, нашедшим широкое применение в лечебной практике с физическими мутагенными агентами, а в последнее время апробируется со многими химическими соединениями.

Для уничтожения вредных насекомых были также применены методы индуцированного мутагенеза. Так, специально размноженные насекомые при обработке химическими мутагенами теряют способность к размножению и при скрещивании с нормальными насекомыми не оставляют потомства. Такие "стерилизованные" насекомые способны сократить плодовитость природных популяций на 95-99%. Таким путем в США была решена проблема уничтожения мухи каллитроги, вызывающей миаз мелкого рогатого скота, от которого погибало множество животных. В течение 6 месяцев еженедельно на каждую квадратную милю выпускали 400 стерилизованных насекомых, через 3 месяца (срок жизни трех поколений) каллитрога была истреблена полностью.

В самом начале изучения химического мутагенеза в опытах на дрозофиле было установлено, что мутационные изменения реализуются не сразу. Это выражалось в том, что при обработке мутагенами мутации часто возникали не в самих спермиях, а позднее - на разных стадиях развития личинки. В связи с этим были выделены предмутантная стадия, мутация гена и мутация клетки. На каждом этапе определенная роль в реализации наследственного изменения отводится температуре, облучению видимым светом, метаболитам и антиметаболитам и другим факторам, которые могут усиливать или ослаблять мутационный эффект. На протяжении всего мутационного процесса проявляется определенная специфичность действия мутагенов, зависящая от многих факторов. На этапе проникновения мутагена в клетку он реагирует со многими молекулами, вследствие чего активность мутагена может частично теряться. Поэтому многие мутагены, примененные и одних и тех же концентрация,х по-разному эффективны из-за неодинаковой концентрации, в которой они в конечном итоге достигают наследственного материала разных объектов. Другая альтернатива мутагена на пути к наследственному материалу - образование производного, более специфического, чем исходный мутаген (например, превращение азотистого иприта в формальдегид). Кроме того, химическое вещество может вообще быть слабым мутагеном, но благодаря действию на какой-либо фермент блокирование его вызывает скопление мутагенных продуктов (например, цианистый калий блокирует каталазу, которая в обычных условиях разлагает перекиси, обладающие мутагенным действием).

Определенную роль в реакции с мутагенами играют белки, что сказывается при сравнении эффекта действия на чистые нуклеиновые кислоты и целый вирус. Так, при действии азотистой кислоты на РНК вируса табачной мозаики дезаминируются аденин, цитозин и гуанин. В целом вирусе, когда РНК связана с белком, дезаминируются только аденин и цитозин. Взаимодействие мутагена и нуклеиновых кислот часто требует стабилизации, для которой в одних случаях необходима репликация, в других - время для перехода метастабильного состояния в стабильное, в-третьих - синтез белка. Относительно участия в процессе мутаций обеих или одной нити ДНК существуют две гипотезы. Согласно одной мутация затрагивает одну нить ДНК, которая впоследствии дает начало мутантным формам; другая нить дает начало нормальной дочерней ДНК и впоследствии обычной форме. Авторы второй гипотезы считают, что происходит одновременное возникновение мутаций в двух нитях ДНК благодаря участию репарационных ферментов.

Индуцированный мутагенез - процесс, имеющий определенную специфичность, которая зависит как от свойств мутагенов, так и особенностей генотипов биологических объектов. Уже первые работы по индуцированному мутагенезу привели исследователей к равнозначным представлениям об универсальности действия одних мутагенов и ограниченности действия других. Иприт и его производные вызывали мутации у всех испытуемых организмов, в то время как перекись водорода и диазометан были способны индуцировать мутации у насекомых и микроорганизмов, но не у растений. Уретан, фенолы и нитрозоамины мутагенны для растений, но не индуцируют мутации у нейроспоры. Формальдегид индуцирует мутации только у самцов на ранних стадиях сперматогенеза и не мутагенен для самок. Естественно, что специфичность действия мутагенов определяется химическими особенностями реакций с генным материалом. Предполагают, что повышенная мутабельность отдельных локусов может зависеть от большего скопления одних или других азотистых оснований, с которыми данный мутаген наиболее реактогенен. Вместе с тем повторяемость азотистых оснований в цепи нуклеиновых кислот объясняет причину изменчивости под действием мутагенов разных генов.

Различают следующие формы специфичности в зависимости от разрешающей точности применяемых методов.

1. Региональная специфичность, определяемая на хромосомном уровне, заключается в выявлении районов, где наиболее часто происходят разрывы хромосом. Эта специфичность была изучена на растениях, дрозофиле и клетках культуры тканей.

2. Межлокусная специфичность связана с определением частоты мутирования отдельных генов (вернее, конкретных аллелей). Такого рода специфичность находится под контролем всего генотипа и часто зависит от физиологического состояния биологического объекта. Например, известен штамм кишечной палочки с повышенной частотой мутирования к стрептомицинустойчивости, что связано с присутствием в этом штамме гена-мутатора, расположенного в половом факторе. При передаче полового фактора другим штаммам они также приобретают свойство мутировать с высокой частотой к стрептомицинустойчивости. Оказалось, что ген-мутатор может являться структурным геном ДНК-полимеразы.

3. Внутрилокусная специфичность включает исследование как прямых мутаций (определение "горячих точек"), так и обратных (аллельспецифичность). Изучение мутабельности на уровне 2-3 нуклеотидов проводил Бензер (S. Benzer, 1955, 1959) на области rll бактериофага Т4.

4. Специфичность, отражающая структурный характер изменения генетического материала, как отношение числа генных мутаций к числу хромосомных аберраций. Это соотношение варьирует в зависимости от мутагена: например, этоксикофеин вызывает только хромосомные разрывы, а небулярин индуцирует генные мутации. Однако этот эффект может зависеть также от организма: 5-бромдезоксиуридин индуцирует у микроорганизмов только генные мутации, а в культуре клеток человека способен вызывать разрывы хромосом.

При сравнении жизнеспособности индуцированных вариантов, полученных при действии химических и физических мутагенных агентов, также была обнаружена определенная специфичность. Так, под действием рентгеновых лучей и быстрых нейтронов возникают 4-5% жизнеспособных мутаций ячменя, а под действием окиси этилена - 9% и этиленимина - 20%. Исключительное положение по специфичности в этом отношении занимают нитрозоалкилмочевины, которые, в отличие от других химических и физических агентов, дают в опытах на растениях до 30-60% жизнеспособных наследственных изменений.

Специфичность действия мутагенов в зависимости от генотипа проявляется на разнообразных объектах. В опытах на высших растениях установлена различная степень устойчивости и мутабельности не только в пределах вида, семейства, но даже сорта.

Такие же закономерности были выявлены на микроорганизмах. Особенно ярко зависимость мутагенного эффекта от вида показана на актиномицетах. При этом различные виды актиномицетов и их штаммы неодинаковы и по своей чувствительности к мутагенам, и по мутагенному эффекту. Большое значение в различной устойчивости придается репаративным процессам.

Индуцированные мутации бактерий. Химический мутагенез. Радиационный мутагенез. Типы мутаций.

Цель настоящей статьи - раскрытие сущности понятия мутагенеза, а также роли данного процесса в понимании эволюции всех живых организмов на нашей планете. Подробно изложены современные классификации мутагенеза, в том числе разбору подвергнуто понятие о генных мутациях. В материале работы изложены наиболее вероятные причины, которые могут потенцировать частоту возникновения и масштабность различных нарушений в хранении, воспроизведении и передаче генетической информации.

2. Ходжкин Ю. Генетическое подавление. 2005 г., 27 декабря. В: WormBook: Интернет-обзор биологии C. elegans. Пасадена (Калифорния): WormBook; 2005-2018.

5. Жимулёв, И.Ф. Общая и молекулярная генетика /И.Ф. Жимулёв. — Издание четвертое. — Новосибирск: Новосибирское университетское издательство, 2007. — 480с.

Введение. Мутагенез - внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). (Гуго де Фриз 1901)

Виды мутагенеза. Различают естественный и искусственный мутагенез.

Естественный (спонтанный) - возникает вследствие УФ-лучей, химических мутагенов, радиации.

Искусственный (индуцированный) - искусственное получение мутаций путем воздействия радиационного излучения и химических веществ. Широко используется в селекции (полиплоидия).

Роль мутагенеза. Зачастую мутации выступают в качестве материала для естественного отбор. Например: при кардинальном изменении окружающих организм условий мутации, считавшиеся ранее ненужными, могут стать полезными, и повысят процент выживаемости данного организма и впоследствии его потомков.

Учитывая тот факт, что изменения окружающей среды в процессе эволюции живых организмов происходят довольно редко, то мутации большинства генов могут выступать «молекулярными часами». С их помощью можно отследить родство различных таксонов, в том числе проследить периоды развития и происхождения человеческих народов и рас.

Согласно одной из теорий происхождения жизни на нашей планете все живое произошло от одной клетки. В процессе эволюции эта клетка дифференцировалась с помощью мутаций. Так возникли мы и самое важное -

разные люди (цвет волос, глаз и т.д.) Стоит также отметить, что мутации играют большую роль в селекции. Путем искусственного мутагенеза получают более крупные плоды. Таким образом, благодаря мутациям возникают новые штаммы, сорта, породы организмов.

Мутации с нарушением генетического кода (генные мутации). Генные мутации - это изменение строения одного гена, т.е. изменение в последовательности нуклеотидов, а следовательно, изменение генетического кода и изменение молекулы белка, синтезируемого по этому коду. Если изменяется код, то изменяется и кодируемый им признак. Последствия генных мутаций могут быть разные - все зависит от гена, с которым произойдет спонтанное изменение. Если случится нарушение синтеза аминокислоты, необходимой для полноценного функционирования организма, то будут серьезные осложнения вплоть до смертельного исхода. Если действие мутировавшего гена будет подавлено парным геном из гомологичной хромосомы или если изменение в молекуле синтезируемого белка не будет нарушать его функций, то мутация никак не отразится на фенотипе.

Виды генных мутаций:

1. Дупликация - удвоение пары или нескольких пар нуклеотидов;

2. Инсерция - вставка пары нуклеотидов (или несколько);

3. Делеция - выпадение участка генома;

4. Инверсия - переворот на 180 градусов;

5. Замена - замена пары нуклеотидов на другую.

Так, например, замена глутаминовой кислоты на валин в молекуле глобина (белковой части гемоглобина) приводит к катастрофическим последствиям). Гемоглобин начинает хуже связывать и переносить кислород. Эритроциты, в которых содержится гемоглобин, становятся непрочными и легко разрушаются. Вследствие замены одной из ста сорока шести аминокислот на другую развивается тяжелое заболевание - серповидноклеточная анемия. Так назвали из-за формы гемоглобина - в форме серпа.

Причины мутирования. Самопроизвольные (спонтанные) мутации, исходя из своего названия, возникают без влияния на организм окружающей среды. К ним приводят нарушения в процессах репарации, репликации и рекомбинации генетического материала. Например, во время дистрессовых состояний организма его клетки могут повреждаться, что и приводит к вышеописанным нарушениям трех «Р»-функций ДНК.

Индуцированные мутации возникают в результате воздействия на организм радиоактивного и УФ излучения, которые изменяют в атомах заряд электронов. Это же вызывает сбой в нормальном протекании процессов физико-химических и химико-биологических; очень высокая температура часто становится причиной изменений в случае, когда превышается порог чувствительности конкретного индивидуума; когда клетки делятся, могут возникать задержки, а также слишком быстрое их разрастание, что также становится толчком к негативным изменениям; «дефекты», возникающие в ДНК, при которых возвратить атом в первоначальное состояние не представляется возможным даже после восстановления. наследственность человека, которая подвергается определённым мутациям.

Читайте также: