Пайда болу себебіне байланысты мутациялар (стихиялық, индукциялық), мағынасы, мысалдары. Мутагендік факторлар. Канцерогенез. Мутагенез.Мутагендер туралы түсінік. Мутагендердің классификациясы.Мутация түрлері. Мутациялардың жіктелуі Мутагендік факторлар дегеніміз не
Мутациялар физикалық, химиялық және биологиялық факторларға байланысты бірқатар мутагендерден туындауы мүмкін.
Физикалық мутагендер: иондаушы сәулеленудің барлық түрлері, температураның ауытқуы, ылғалдылық және т.б. Олардың жалпы әсер ету механизмдері бар:
Олар гендер мен хромосомалардың құрылымын бұзады;
Олар ДНҚ-мен химиялық әрекеттесіп, оны зақымдайтын бос радикалдар түзеді;
Шпиндель жіптері үзілген;
Олар бір ДНҚ тізбегінің көршілес пиримидиндік негіздерінің димерлерін (Т-Т, Т-С) құрайды.
арасында физикалықиондаушы сәулелену ең маңызды фактор болып табылады. Иондаушы сәулелер бөлінеді:
· электромагниттік(толқын), оларға толқын ұзындығы 0,005-тен 2 нм-ге дейінгі рентген сәулелері, гамма-сәулелері және ғарыштық сәулелер жатады;
· корпускулярлық сәулелену– бета бөлшектер (электрондар мен позитрондар), протондар, нейтрондар (жылдам және жылулық), альфа бөлшектер (гелий атомдарының ядролары) т.б.. Тірі зат арқылы өтетін иондаушы сәулелену атомдар мен молекулалардың сыртқы қабығынан электрондарды шығарады, бұл әкеледі олардың химиялық түрленулеріне.
Әртүрлі жануарлардың иондаушы сәулеленуге сезімталдығы әртүрлі, ол адамдар үшін 700 рентгенден бактериялар мен вирустар үшін жүздеген мың және миллиондаған рентгенге дейін жетеді. Иондаушы сәуле ең алдымен жасушаның генетикалық аппаратында өзгерістер тудырады. Жасуша ядросының цитоплазмаға қарағанда сәулеленуге сезімталдығы 100 мың есе жоғары екені дәлелденді. Жетілмеген жыныс жасушалары (сперматогония) жетілгендерге (сперматозоидтарға) қарағанда сәулеленуге әлдеқайда сезімтал. Хромосоманың ДНҚ сәулеленуге ең сезімтал. Дамып келе жатқан өзгерістер гендік мутацияларда және хромосомалардың қайта құрылуымен көрінеді.
Мутациялардың жиілігі сәулеленудің жалпы дозасына тәуелді және сәулелену дозасына тура пропорционал болатыны дәлелденді.
Иондаушы сәулелену генетикалық аппаратқа тікелей ғана емес, жанама түрде де әсер етеді. Олар судың радиолизін тудырады. Алынған радикалдар (H+, OH -) зақымдаушы әсер етеді.
Күшті физикалық мутагендерге ультракүлгін сәулелер (толқын ұзындығы 400 нм-ге дейін) жатады, олар атомдарды иондандырмайды, тек олардың электронды қабықшаларын қоздырады. Нәтижесінде жасушаларда мутацияға әкелетін химиялық реакциялар дамиды. Мутация жиілігі толқын ұзындығы 240-280 нм-ге дейін ұлғайған сайын артады (ДНҚ-ның жұтылу спектріне сәйкес келеді). Ультракүлгін сәулелер гендік және хромосомалық қайта құруларды тудырады, бірақ иондаушы сәулеленуге қарағанда әлдеқайда аз мөлшерде.
Әлдеқайда әлсіз физикалық мутаген - жоғары температура. Температураның 10° жоғарылауы мутация жиілігін 3-5 есе арттырады. Бұл жағдайда гендік мутациялар негізінен төменгі сатыдағы ағзаларда болады. Бұл фактор дене температурасы тұрақты жылы қанды жануарларға және адамдарға әсер етпейді.
Химиялық мутагендербірнеше топқа бөлінеді:
Табиғи органикалық және бейорганикалық заттар (нитриттер, нитраттар, алкалоидтар, гормондар, ферменттер және т.б.);
Көмір мен мұнайды өнеркәсіптік өңдеу өнімдері;
Табиғатта бұрын кездеспейтін синтетикалық заттар (пестицидтер, инсектицидтер, тағамдық консерванттар);
Адамдарда туа біткен даму ақауларын тудыруы мүмкін дәрілер (иммуносупрессанттар, кейбір антибиотиктер, есірткі заттары, синтетикалық кортикостероидтар және т.б.),
Химиялық мутагендердің барлық түрлері жоғары ену қабілетіне ие, негізінен гендік мутацияларды тудырады және ДНҚ репликациясы кезеңінде әрекет етеді. Олардың жалпы әсер ету механизмі азотты негіздерді аналогтарымен алмастыру болып табылады.
Ең күшті химиялық мутагендер: алкилирлеуқосылыстар: диметилсульфат; қыша газы және оның туындылары – этиленимин, нитрозоалкил-нитрометил, нитрозоэтилмочевина және т.б. Кейде бұл заттар супермутагендер мен канцероген болып табылады. Химиялық мутагендердің екінші тобын құрайды азоттық негіздің аналогтары (5-бромурацил, 5-бромодезоксиюродин, 8-азогуанин, 2-аминопурин, кофеин және т.б.). Үшінші топ құрайды акридиндік бояғыштар (акридин сары, қызғылт сары, профлавин). Төртінші топ әртүрлі заттың құрылымы бойынша: азот қышқылы, гидроксиламин, әртүрлі асқын тотықтар, уретан, формальдегид.
Химиялық мутагендер гендік және хромосомалық мутацияларды тудыруы мүмкін. Олар иондаушы сәулелер мен ультракүлгін сәулелерге қарағанда гендік мутацияларды көбірек тудырады.
Биологиялық мутагендер:
Вирустық емес инфекциялық агенттер (микоплазмалар, бактериялар, риккетсиялар);
Вирустар (қызамық, қызылша, тұмау);
TO биологиялық мутагендер вирустардың кейбір түрлерін қамтиды. Адамдардың, жануарлардың және өсімдіктердің вирустарының көпшілігі Дрозофила мутациясын тудыратыны көрсетілген. ДНҚ вирустарының молекулалары мутагендік элементті көрсетеді деп болжанады. Вирустардың мутация тудыратын қабілеті бактериялар мен актиномицеттерде анықталды.
Мутация адамның туа біткен деформациясын және тұқым қуалайтын ауруларын тудырады. Сондықтан адамдарды мутагендердің әсерінен қорғау кезек күттірмейтін міндет болып табылады. Бұл тұрғыда атмосферада ядролық қаруды сынауға тыйым салудың маңызы зор болды. Атом өнеркәсібінде изотоптармен және рентген сәулелерімен жұмыс істегенде адамдарды радиациядан қорғау шараларын сақтау өте маңызды. Рөлді ойнай алады антимутагендер – мутагендердің әсерін төмендететін заттар(цистеамин, хинакрин, кейбір сульфаниламидтер, пропион және галл қышқылдарының туындылары). Антимутагендерге кейбір антиоксиданттық витаминдер (мысалы, Е витамині, қанықпаған май қышқылдары), құрамында күкірті бар аминқышқылдары, сонымен қатар репарация жүйелерінің белсенділігін арттыратын әртүрлі биологиялық белсенді заттар жатады.
ХХ ғасырдың екінші жартысында биосфераны мутагендермен ластау қаупі төнді. Кез келген популяция мутацияның белгілі бір жүктемесіне ғана төтеп бере алады. Мутация жиілігінің артуы генетикалық гомеостаздың бұзылуына байланысты популяциялардың тұрақтылығының төмендеуіне әкелуі мүмкін. Экологиялық-генетикалық мониторингті - популяциялық-генетикалық деңгейде қоршаған ортаның жай-күйін бақылауды одан әрі күшейту қажет. Алдын алу шаралары ретінде мутагендік әсері бар заттардың өндірісін шектеу, потенциалды қауіпті кәсіпорындардың: атом электр станцияларының, химиялық және микробиологиялық өндірістердің, ғылыми және химиялық өндірістердің жай-күйіне бақылаудың барлық түрлерін күшейтетін «қалдықсыз» технологияларды дамытуды пайдалану қажет. биотехнологиялық сипаттағы өнеркәсіптік қондырғылар.
Белгілі бір жағдайларда мутагендер канцерогенді және тератогенді әсер ететіні анықталды.
Канцерогендер – бұл қатерлі ісіктің дамуын қоздыратын факторлар; тератогендер – Бұл әртүрлі аномалиялар мен деформациялардың дамуын тудыратын факторлар.Көптеген препараттар тератогендік әсерге ие. Мысалы, 1960 жылдары. Батыста талидомидті ұйықтататын таблетка кеңінен қолданылды, оны қолдану аяқ-қолдары дамымаған балалардың көп санының дүниеге келуіне әкелді. Тераталармен қатар - деформациялар - жиі морфоздар - органның функцияларын жоғалтуға әкелмейтін өзгерістер бар.
Мутагендік әсерді тератогендік әсерден айыру салыстырмалы түрде оңай: тераталар (деформациялар) тұқым қуалайтын емес модификациялар, олар болжамды (бағытталған) және кейінгі ұрпақтарда сақталмайды. Мысалы, Дрозофиладағы сұр дененің түсі қалыпты қасиет. Бұл ретте сары мутация белгілі – сары дене (бұл мутацияны ата-аналық жеке тұлғаларды әртүрлі мутагендермен емдеу арқылы жасанды жолмен оңай алуға болады; бұл жағдайда әртүрлі мутагендер бірдей фенотиптік әсер бере алады). Дрозофила дернәсілдерінің азығына күміс нитраты қосылса, онда бұл дернәсілдердің барлығы сары денелі шыбынға айналады. Бірақ, егер сіз осы сары шыбындардан ұрпақ алып, оларды кәдімгі қоректік ортада өсірсеңіз, онда барлық ұрпақ қайтадан сұр болады. Осылайша, бұл жағдайда шыбындардың денесінің «сарғаюы» мутация емес, модификация немесе фенокопия (фенотиптегі мутацияны көшіретін модификация); күміс нитраты бұл жағдайда мутаген емес, тератоген болып табылады.
Мутация әрқашан кенеттен пайда болады. Ағзаның генетикалық материалы өзгереді: хромосомалардың немесе гендердің ішінде бірдеңе болады және бұл өзгерістер әдетте жай көзге көрінеді. Кейбір жағдайларда салдары ауыр болады, ал кейде дене үшін мүмкін.Мутация өздігінен болмайды. Себеп әрқашан мутагендік фактор болып табылады.
Мутагендік факторлар дегеніміз не?
Гендер мен хромосомаларда болатын өзгерістерді генетика ғылымы зерттейді. Ол сондай-ақ мутагендерге ғылыми анықтама береді.
Мутагендік факторлар – жасушаның генетикалық материалында өзгерістер тудыратын химиялық немесе физикалық агенттер. Бұл агенттердің табиғаты әртүрлі болуы мүмкін, олардың жіктелуі осы ережеге негізделген.
Мутагендердің түрлері
Олардың шығу тегіне қарай физикалық, химиялық және биологиялық мутагендер бөлінеді. Кез келген мутагендік факторды осы үш негізгі топтың біріне жатқызуға болады.
Жасушаға дұшпандық әсер ететін агенттердің әсері ДНҚ-ға тікелей бағытталуы мүмкін, содан кейін генетикалық материалдың молекуласы өзінің бастапқы құрылымын жоғалтады. Кейбір мутагендер жасушаның бөліну процесіне кедергі жасайды, нәтижесінде тұқым қуалайтын материал дұрыс таралмайды. Дегенмен, өз бетінше мутагендерге жатқызуға болмайтын заттар бар. Бірақ белгілі бір ферменттердің мұндай химиялық қосылысқа әсері оны нағыз мутагендік факторға айналдырады. Мутагендік «потенциалды» бар бұл заттар промутагендер деп аталады.
Мутагендік факторлар. Мысалдар
Физикалық шығу тегі мутагендерге ультракүлгін сәулелену, қалыптан тыс жоғары немесе төмен температура, ылғалдылық әсер ету көздері жатады.
Мысалы, ұзындығы 260 нм-ден асатын ультракүлгін сәулелену толқындары өсімдік жапырағы жасушасына сіңіп, өзіне тән емес пиримидин димерлерінің (ДНҚ тізбегіндегі қосылыстар) түзілуін тудырады, бұл өз кезегінде генетикалық материалды оқуда қателіктер тудырады. Нәтижесінде «дұрыс емес» құрылымы бар жаңа жасушалар пайда болады.
Көптеген химиялық заттар мутагендер және промутагендер болып жіктеледі. Мысалы, оттегінің реактивті түрлері, нитраттар мен нитриттер, кейбір металдар, дәрілік заттар және адамзат пайда болғанға дейін табиғатта болмаған заттар (тұрмыстық химия, тағамдық қоспалар және консерванттар).
Мысалы, жүкті әйел өзінің жағдайын білмеуі және ұрыққа қауіпті кейбір антибиотиктерді қабылдауы мүмкін. Нәтижесінде бала мутациядан туындаған дамуы мүмкін.
Мұндай биологиялық агенттердің жасушаға әсер етуінің нәтижесі инфекциялық мутагенез деп аталатын процесс болып табылады. Мысалы, адамның ішегі мен асқазанында өмір сүретін Helicobacter pylori бактериясы шырышты қабатта қабыну процестерін тудыруы мүмкін. Қабыну зақымдалған жасушалардағы тотығу-тотықсыздану процестерінің қалыпты ағымын өзгертеді, бұл олардағы генетикалық материалдың құрылымын да өзгертеді. ДНҚ жөндеу процестері және молекуланың қалыпты бөлінуі бұзылады. Нәтижесінде мутация пайда болады.
Мутагенез процесі туралы бірнеше сөз
Мутагенез – мутация процесінің өзі. Ол қандай механизмдер арқылы пайда болуы мүмкін?
Ең күшті мутагендік факторлар хромосомалық тұрақсыздықты тудырады. Нәтижесінде генетикалық материал бөлінген жасушаларда не біркелкі таралады, не хромосоманың құрылымының өзі өзгереді. Мысалы, агрессивті агент әсерінен екі хромосома өз бөлімдерін алмасады.
Мутагендік фактор сонымен қатар ДНҚ нуклеин қышқылдарының ретін өзгерте алады. Маңызды нуклеотидтерге әсер еткенде олардың өлімге әкелетін немесе өте ауыр ауруларды тудыратыны қызық, бірақ мұндай нуклеин қышқылының реттілігі бұзылмаған жағдайда олар патологиясыз болуы мүмкін.
Өзіңізді мутагендердің әсерінен қалай қорғауға болады?
Мутагендік факторлар барлық жерде бола бермейді, сондықтан белгілі бір алдын алу шараларын қолдану әлі де пайдалы болады.
Антиоксиданттар канцерогендердің әсерін болдырмайтын қосылыстардың маңызды тобы болып табылады. Олар әртүрлі дұшпандық химиялық агенттерден көмектесіп, қорғай алады. Антиоксиданттарға мысал ретінде А, В және Е дәрумендері, бета-каротиндер және флавоноидтар жатады. Бұл заттар көкөністер мен жемістерде, сондай-ақ жасыл шайда өте көп мөлшерде кездеседі.
Өзіңізді ультракүлгін сәулелену немесе темекі түтіні сияқты зиянды физикалық агенттердің әсерінен қорғауға тырысу маңызды. Мысалы, Австралияда ақшыл терісі өте көп халық бар, ауа-райы жиі шуақты. Бұл елде меланома жағдайларының пайызы, өкінішке орай, жоғары.
Антибиотиктерді абайлап қабылдау керек, тағамға абай болу керек және консерванттарды тұтынуды барынша азайтуға тырысу керек. Ең дұрысы, әрине, дұрыс тамақтану принциптерін ұстану болар еді.
Мутагендік орта факторлары күшті. Дегенмен, денсаулығыңызға мұқият қарасаңыз, олардың әсерінен өзіңізді қорғауға әбден болады.
Жасушалардың қатерлі трансформациясының себептері - олардың қатерлі ісікке айналуы туралы заманауи идеялар фактілердің екі тобына негізделген.
Олардың біріншісі – генетикалық материал ретінде РНҚ-сы бар, ДНҚ көшірмелерін жұқтырған жасушаның геномына біріктіруге болатын онкогендік вирустардың немесе ретровирустардың болуы (10-тарауды қараңыз). Бұл процестің нәтижесі қатерлі ісік болуы мүмкін. Онкогенді вирустардың құрамында онкоген бар, оның экспрессиясы канцерогенезге жауап береді. Бұл механизм 1945 жылы кеңес ғалымы Л.А.Зильбер ұсынған қатерлі ісіктің вирусты-генетикалық теориясына дейін барады.
Фактілердің екінші тобы жасушаларға әртүрлі сыртқы әсерлер, көп жағдайда (бірақ әрқашан емес) мутагендік, олардың қатерлі ісікке айналуына әкелуі мүмкін екендігіне байланысты. Адамның қалпына келтіру бұзылыстарымен байланысты тұқым қуалайтын аурулары (20-тарауды қараңыз) хромосомалық аберрацияларды ескере отырып, соматикалық жасушалардың өзгергіштігінің жоғарылауымен бірге жүреді, сонымен қатар қатерлі ісіктердің жиілігінің жоғарылауымен сипатталады. Канцерогенездің мутациялық сипаты туралы болжамдар Т.Боверидің (1914) еңбегінен бастап 20 ғасырдың басынан бері жасалды.
Сонымен, бірінші топтағы фактілер ісіктің себебін жасушаға сырттан енгізілген генетикалық материалдың әрекетінен іздеуге шақырса, екінші топ ісіктің генетикалық себептерін жасушаның өзінен іздеуге шақырады. Бұл тәсілдер қалыпты жасушаларда прото-онкогендер деп аталатындар - ретровирустық онкогендерге гомологтық гендер бар екендігі туралы ақпаратты біріктіреді. Прото-онкогендер адам, тышқандар, дрозофилалар және тіпті ашытқылардың геномдарында өте сақталған және ұқсас. Олардың кейбіреулері жасушалық циклдің қалыпты дамуын бақылайды. Канцерогенездің механизмі түсіндірілді деп айтуға болмайды, бірақ ең ықтимал себебі оның кейбір гендерінің (онкогендер, прото-онкогендер) мутация немесе несептік әсерлер нәтижесінде экспрессиясының бұзылуына байланысты жасушаның қатерлі трансформациясы болып табылады. модификация басқа өзгерістер, сондай-ақ вирустық инфекция нәтижесінде.
Осы идеяларды ескере отырып, генетикалық белсенді агенттердің қоршаған ортаға таралуы мутациялардың жиілігін арттыруға ғана емес, сонымен қатар қатерлі ісіктердің жиілігін арттыруға әкелуі мүмкін. Осыған байланысты әртүрлі физикалық және биологиялық факторлардың химиялық қосылыстарын сынау бағдарламалары олардың арасында ықтимал канцерогендерді анықтауды қамтиды. Осы тапсырманың маңыздылығын ескере отырып, Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы және басқа да халықаралық ұйымдар үйлестіретін канцерогендерді анықтауға арналған сезімтал тест-жүйелер халықаралық деңгейде әзірленуде. Атап айтқанда, 1-кестеде келтірілген қысқа мерзімді сынақтар канцерогендерді анықтау үшін қолданылады. 21.3. химиялық қосылыстардың жануарлар мен адам жасушаларының дақылдарында, сондай-ақ жануарларда (тышқандар, егеуқұйрықтар, хомяктар) қатерлі трансформация туғызу қабілетіне тікелей сынау арқылы толықтырылған. Химиялық заттардың мутагендік және канцерогендік қасиеттерінің корреляциясының жоғары деңгейімен (90% дейін) белгілі бір қиындықтар туындайды.
Кейбір канцерогендердің генетикалық тұрғыдан белсенді емес, ал кейбір белсенді мутагендер канцероген емес болуына байланысты пайда болады. Мутагендер мен канцерогендерді сынау жүйелерін одан әрі жетілдіру адамның генетикалық қауіпсіздігін қамтамасыз етуге ғана емес, сонымен қатар канцерогенез механизмдерін түсінуге де ықпал етуі керек.
Генетикалық белсенді факторларды анықтау бойынша барлық шаралар адамның мутагендермен байланысын барынша азайтуға бағытталған. Жаңа химиялық қосылыстар және басқа да генетикалық белсенді агенттер пайдаланудан алынып тасталады немесе оларды пайдалану қатаң шектеледі. Адам олармен байланысуға мәжбүр болған жағдайларда, мутациялық және канцерогендік өзгерістердің қаупін азайтудың резервтік құралдары болуы керек. Ол үшін мутагенездің жолдарын білу және осы процеске араласа білу қажет. Мутацияның пайда болуы көп сатылы процесс. Жеңілдетілген түрде оны суреттегі диаграммада көрсетілгендей көрсетуге болады. 21.5. Көптеген мутагендер организмге енгеннен кейін метаболикалық өзгерістер тізбегіне енеді, содан кейін белсендіріледі, яғни олардың генетикалық белсенділігін алады немесе арттырады, немесе инактивацияланады, яғни оны жоғалтады. Бұл жағдайда организмдік және жасушалық өткізгіштік кедергілерді және қосылыстың ағзаға ену әдісін ескеру қажет: тері арқылы; тыныс алу жолдары және т.б.
Жасушаға кіргеннен кейін мутаген генетикалық материалмен – хроматинмен немесе тікелей ядроның немесе жасушалық органеллалардың ДНҚ-сымен әрекеттеседі. Осындай өзара әрекеттесу нәтижесінде ДНҚ-да біріншілік өзгерістер пайда болады, оларды кейбір авторлардың пікірінше, мутацияға дейінгі деп санауға болады, ал басқалардың пікірінше, бұл өзгерістер келесі кезеңде мутацияға дейінгі өзгерістерге айналуы керек.
Алдын ала өзгерістердің көпшілігі жөндеу жүйелері арқылы жойылады (6.12-тарауды қараңыз): конститутивті қатесіз жөндеу ДНҚ молекуласының бастапқы құрылымын қалпына келтіреді, ал индукциялық қатеге бейім жөндеу мутациялық өзгерістерді түзете алады. Мутацияның фиксациясы оның фенотиптік көрінісімен бірге жүреді, егер мутация доминантты болса немесе ол гомозиготалы болса, рецессивті болса, эпистатикалық гендер немесе супрессорлар болмаған жағдайда норманың фенокопиясын тудырмайтын жағдайларда. Қарастырылған кезеңдердің әрқайсысы егжей-тегжейлі кезеңдерге бөлуге болады.
Кейбір жағдайларда мутацияның қалыптасу және көріну процесіне араласуға болады. Егер соңғы кезеңнен – мутацияның көрінісінен бастасақ, онда норманы көшіру құбылысы тұқым қуалайтын патологиялардың көптеген жағдайларында аурудың дамуын болдырмауға қабілетті медицина мен медициналық генетиканың міндеті болып табылады (20-тарау). .
Күріш. 21.5. Мутациялардың пайда болуы мен көрінуінің бірізді кезеңдері. Мәтіндегі түсініктемелер
Антимутагенез бойынша зерттеулер әзірленуде. Бұл тұжырымдама жасуша мен ағзаға мутация ықтималдығын блоктайтын немесе азайтатын әсерлерді қамтиды. Мұндай әсерлер мутагенді инактивациялау жүйелерін ынталандыруы немесе промутагенді белсендіру жүйелерін басуы мүмкін, қатесіз жөндеу процестерін ынталандыруы немесе мутагенді тікелей модификациялауы, оны генетикалық материалдан «алаңдатуы» мүмкін (21.5-сурет).
Радиопротекторлардың антимутагендік белсенділігі бар – иондаушы сәулеленудің, ең алдымен құрамында күкірті бар амин қышқылдарының өлім әсерін төмендететін қосылыстар: цистеин, I (шындық, метионин және т.б.).
Әдетте, антимутагендік белсенділік әрбір нақты мутагенге тән, бұл антимутагендерді іздеуді қиындатады. Генетикалық белсенділік!\!"-метил h- N"-нирпо- N"-нитрозогуанидин
(MNNG) сүтқоректілердің қанын бейтараптандырады, онда негізгі антимутаген (анти-МННГ) гемин болып табылады. Шай мен кофе құрамындағы қанықпаған май қышқылдары, тоник қышқылы және катехин, кейбір витаминдер, мысалы, а-токоферол және басқа қосылыстар жеке мутагендерге қарсы жоғары немесе аз антимутагендік белсенділікке ие.
Өкінішке орай, зерттелетін қосылыстар мен объектілердің әртүрлілігі соншалық, антимутагендік әсерлердің табиғаты туралы қандай да бір жалпылаулар жасау мүмкін емес. Сонымен қатар, зерттеушілер әдетте мутацияның пайда болуының әртүрлі кезеңдерін басқара алмайды (21.5-сурет). Антимутагендерді іздеуге мамандандырылған сынақ жүйелері жоқ.
Генетикалық қауіпті азайту мәселесін қарастырған кезде, адам популяциялары көптеген жолдармен гетерогенді екенін есте ұстаған жөн (20-тарауды қараңыз), оның ішінде сыртқы факторлардың әртүрлі әсерлеріне жауап беруі. Бұл жағдайды фармакогенетика қазірдің өзінде ескереді, ол әртүрлі топтардың есірткіге реакциясын зерттейді. Мысалы, сульфаниламидті препараттар кейбір науқастарда гемолиз тудыратыны белгілі. Бұл глюкоза-6-фосфатдегидрогеназаның тұқым қуалайтын тапшылығына байланысты. Глюкокортикоидтарға тұқым қуалайтын ауырсыну реакциясы бар адамдар санаты бар. Бұл препараттарды қолданғанда көзішілік қысым жоғарылайды. Гемоглобиннің кейбір мутантты түрлерінің тұрақсыздығы тотықтырғыштарды қолданғанда гемолизбен байланысты.
Кейбір мутагендер мен канцерогендердің әсеріне тұқым қуалайтын сезімталдығы да белгілі. Мысалы, арилгидрокарбон гидроксилаза белсенділігі жоғары адамдар полициклді көмірсутектермен байланыста болса, олар осы ферментпен гидроксилденгеннен кейін канцерогендік белсенділігі жоғары эпоксидтерге айналатын болса, өкпе рагына бейім болады.
Бұл жағдайлар адам қызметінің әртүрлі салаларында ескерілуі керек: науқастарды емдеу кезінде, әртүрлі кәсіптік қауіптермен айналысатын адамдарды кәсіби іріктеу кезінде.
Сонымен, адамның генетикалық қауіпсіздігін қамтамасыз ету шаралары генетика мен экологияға ортақ көптеген мәселелерді шешумен, ең алдымен қоршаған ортаны ластанудан қорғаумен байланысты. Генетикалық токсикология генетикалық белсенді факторларға басты назар аударады. 60-жылдары ғылыми-техникалық революцияның күшеюіне байланысты басталған бұл жұмыс өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығының барлық салаларында техниканың одан әрі прогресінің құрамдас бөлігі және шарты болды. Адамзаттың генетикалық қауіпсіздігі сонымен қатар адам популяциясының полиморфизмін және адамдардың табиғи және өндірістік ортаның әртүрлі факторларына жағымсыз реакцияларға бейімділігін ескеретін адам популяциясының генетикасы туралы білімге негізделуі керек. Сағат
Қазіргі уақытта ауыл шаруашылығында қолданылатын көптеген заттардың мутагендік және канцерогендік белсенділігін анықтау оларды қолдануда аса сақтықты талап етеді. Осы генетикалық белсенді заттарды қолданудан бас тарту перспективасы арамшөптермен, жәндіктер зиянкестерімен және т.б. күресудің биологиялық әдістерін әзірлеумен байланысты. Осы перспективаны, сондай-ақ адамға пайдалы организмдерді одан әрі іріктеу қажеттілігін ескере отырып, мүмкін емес. биологиялық табиғи ресурстарды мұқият өңдеусіз. Бұл мәселеде ерекше назар аудару пайдалы формалардың тұрақты көзі болып табылатын және қазіргі уақытта жаңа өсімдіктер сорттарын, жануарлар тұқымдары мен микроорганизмдердің штаммдарын жасау үшін пайдалануға болатын нақты гендердің көзі болып табылатын планетаның гендік қорын сақтауға лайық.
A. Мутагенез- бұл ДНҚ-ның нуклеотидтер тізбегіне өзгерістер енгізу (мутациялар).
Мутагенездің түрлері:
1. Табиғи немесе өздігінен, мутагенез тірі ағзалардың генетикалық материалына ультракүлгін сәуле, сәуле, химиялық мутагендер сияқты мутагендік орта факторларының әсерінен болады.
Нүктелік мутациялар
а) Миссенс мутация
b) Frameshift мутациясы
в) нонсенс мутация
г) Синонимдік сейсмикалық мутация.
хромосомалық мутациялар
а) Инверсиялар
б) Реципрокты транслокациялар
в) Жоюлар
г) Дубликациялар және инсерциялық транслокациялар
Геномдық мутациялар
а) аневлоидия
б) Полиплоидия
Ядролық және цитоплазмалық мутациялар
а) Ядролық мутациялар – геномдық, хромосомалық, нүктелік.
б) Цитоплазмалық мутациялар – митохондриялық ДНҚ-да және пластидтер – хлоропласттардың ДНҚ-да орналасқан ядролық емес гендердің мутацияларымен байланысты.
2. Жасанды мутагенезбелоктарды зерттеу және олардың қасиеттерін жақсарту үшін кеңінен қолданылады (бағытталған эволюция).
Мақсатты емес мутагенез
Кездейсоқ мутагенез әдісін қолдана отырып, белгілі бір ықтималдықпен ДНҚ тізбегіне өзгерістер енгізіледі. Мутагендік факторлар (мутагендер) әртүрлі химиялық және физикалық әсерлер болуы мүмкін - мутагендік заттар, ультракүлгін сәулелер, сәулелер. Мутантты организмдерді алғаннан кейін мутагенездің мақсатын қанағаттандыратындарды анықтау (скрининг) және іріктеу жүргізіледі. Мақсатты емес мутагенез көп еңбекті қажет етеді және мутанттарды скринингтің тиімді жүйесі жасалған жағдайда негізделген.
бағытталған мутагенез
Орынға бағытталған мутагенезде ДНҚ-ға өзгерістер бұрын белгілі болған жерде жасалады. Ол үшін мутация аймағын қоспағанда, мақсатты ДНҚ-ны толықтыратын қысқа бір тізбекті ДНҚ молекулалары (праймерлер) синтезделеді.
Канцерогенез(латынша канцерогенез; рак – қатерлі ісік + басқа грекше γένεσις – пайда болу, даму) – ісіктің пайда болуы мен дамуының күрделі патофизиологиялық процесі. (син. онкогенез).
Канцерогенез процесін зерттеу ісіктердің табиғатын түсіну үшін де, қатерлі ісіктерді емдеудің жаңа және тиімді әдістерін табу үшін де маңызды сәт болып табылады. Канцерогенез - ағзаның қалыпты жасушаларының терең ісік қайта құрылуына әкелетін күрделі көп сатылы процесс. Осы уақытқа дейін ұсынылған канцерогенездің барлық теорияларының ішінде мутация теориясы ең үлкен назар аударуға лайық. Бұл теория бойынша ісіктер генетикалық аурулар болып табылады, оның патогенетикалық субстраты жасушаның генетикалық материалының зақымдалуы болып табылады (нүктелік мутациялар, хромосомалық аберрациялар және т.б.). ДНҚ-ның белгілі бір аймақтарының зақымдануы жасушалардың пролиферациясы мен дифференциациясын бақылау механизмдерінің бұзылуына және ақырында ісіктің пайда болуына әкеледі.
B. Мутагенез факторлары:
Кез келген мутация өздігінен пайда болуы немесе индукциялануы мүмкін.
Спонтанды мутациялар белгісіз табиғат әсерінен пайда болады
факторлар және ДНҚ репликациясы кезінде қателіктерге әкеледі.
Индукцияланған мутациялар арнайы әсерінен пайда болады
мутация процесін күшейтетін бағытталған факторлар.
Физикалық, химиялық және факторлар
биологиялық табиғат.
Физикалық мутагендер ішінде ең күшті мутант әсері болып табылады
иондаушы сәулелер – рентген сәулелері, α-, β-, γ-сәулелері. Үлкен ену қабілетіне ие, олар денеге әсер еткенде тіндерде орналасқан судан OH немесе HO2 бос радикалдарының түзілуін тудырады. Бұл радикалдар жоғары реактивті. Олар нуклеин қышқылдарын және басқа органикалық заттарды ыдыратуы мүмкін.
Сәулелену гендік және хромосомалық қайта құруларды тудырады.
Ультракүлгін сәулелену төмен энергиямен сипатталады, емес
тіндердің ионизациясын тудырады. Ультракүлгін сәулеленудің әрекеті тимидин димерлерінің пайда болуына әкеледі. ДНҚ-да димерлердің болуы оның репликациясы кезінде қателіктерге әкеледі.
Химиялық мутагендер келесі қасиеттерге ие болуы керек:
Жоғары ену қабілеті;
Хромосомалардың коллоидтық күйін өзгерту мүмкіндігі;
Хромосоманың немесе геннің күйіне белгілі бір әсер ету. Химиялық
Мутация тудыратын заттарға органикалық және бейорганикалық заттар, мысалы, қышқылдар, сілтілер, асқын тотықтар, металл тұздары, формальдегид, пестицидтер, дефолианттар, гербицидтер, колхицин және т.б.
Кейбір заттар мутация әсерін жүздеген есе күшейте алады
стихиялықпен салыстырғанда. Оларды супермутагендер деп атайды. Бұл супер мутагендер
микроскопта көрінетін хромосомалық қайта құруларды индукциялайтындардан төмен концентрацияларда нүктелік мутациялардың кең ауқымын тудырады.
Нитрозоқосылыстар (қыша газы,
диэтилнитрозамин, уретан және т.б.).
Кейбір препараттардың мутагендік әсері де бар.
Мысалы, цитостатиктер, этиленимин туындылары, нитрозочевина. Олар
репликация кезінде ДНҚ-ны зақымдайды.
Химиялық мутагендер мейоздың бұзылуына әкеліп соқтырады
хромосоманың ажырамауы, хромосоманың үзілуі, нүктелік мутациялар. Кейбір
Химиялық мутагендер организмнің зат алмасу жүйесінен өте күтпеген жолмен өтіп, басқа қосылыстарға айналады. Бұл жағдайда олар өздерінің мутагендік белсенділігін жоғалтуы немесе бастапқы қосылыста болмаған осындай мутагендік қасиеттерге ие болуы мүмкін. Кейбір мутагенді емес химиялық заттар метаболизмге кіргенде мутагендерге айналады.
Мысалы, цитостатикалық препарат циклофосфамид мутаген емес, организмде
сүтқоректілер жоғары мутагенді қосылысқа айналады.
Физикалық және химиялық табиғаттағы мутагендерден басқа, қоршаған ортада
мутагенездің биологиялық факторлары бар.
Шешек, қызылша, желшешек, паротит, гепатит вирустары,
қызамық және басқалары хромосомалардың үзілуін тудыруы мүмкін. Вирустар қалпына келтіру жүйелерінің белсенділігін басу арқылы хост жасушаларының мутация жылдамдығын арттыра алады. Вирулентті вирустар тудырған пандемиядан кейін адам жасушаларында хромосомалық қайта құрулар санының артуы туралы деректер бар.
Мутациялардың пайда болуы әртүрлі патологияларға әкеледі. Әртүрлі әрекеттермен байланысты жағымсыз салдардың алдын алу
қоршаған ортаның мутагендік факторлары, ықтималдығын төмендету бойынша шаралар қабылдау
мутациялардың пайда болуы. Осы мақсатта заттар деп аталады
антимутагенді. Қазіргі уақытта 200-ге жуық табиғи және
антимутагендік белсенділігі бар синтетикалық қосылыстар. Бұл
аминқышқылдары (гистидин, метионин және т.б.), витаминдер (токоферол, каротин, ретинол, аскорбин қышқылы және т.б.), ферменттер (оксидаза, каталаза және т.б.), интерферон және т.б.
Тұтынылатын тағамның құрамында мутагендер мен антимутагендер көп. Олардың арақатынасы тағамды өңдеу әдістеріне, оның мерзіміне байланысты
сақтау және т.б. Дұрыс тамақтану – қоршаған ортаның мутагендік факторларының зиянды әсерінің алдын алудың бір жолы.
IN.мутациялар
Г.Зақымдалған ДНҚ-ны қалпына келтіру процесі қалпына келтіру немесе деп аталады ДНҚ жөндеу. Тұқым қуалайтын материалдың репарациясы ДНҚ молекуласының өзгерген бөлімін ферментативті деструкциялаудан, бүлінбеген ДНҚ молекуласының фрагментіне комплементарлы нуклеотидтер тізбегін осы бөлімде қалпына келтіруден тұрады.
Кейбір жағдайларда фермент қалыпты фрагментті бұзуы мүмкін
ДНҚ молекулалары өзгергенге комплементарлы, нәтижесінде түзіледі
мутант қос спираль. ДНҚ молекуласы қос спираль болғандықтан, гендік мутацияның түзілуі екі кезеңде жүреді. Біріншіден, өзгеріс биоспиральдың бір молекуласына әсер етеді. Бұл молекулалық гетерозиготалық немесе потенциалды мутация деп аталады. Егер бұл өзгерістер комплементарлы молекуланың гомологиялық локусына әсер етсе, онда шынайы мутация пайда болады және молекулалық гомозиготалық жағдайға қол жеткізіледі. Мутация мутацияға ұшыраған жасушаның барлық ұрпақтарына тұқым қуалайды. Молекулярлық гомозиготалық жағдайға өту жөндеу қателерінің нәтижесі болып табылады. ДНҚ құрылымындағы молекулалық бұзылыстарды қалпына келтіру немесе түзету жасушаның тұқым қуалайтын материалынан өзгерген аймақты жоюға әкеледі.
D.ДНҚ қалпына келтірудің үш негізгі механизмі:
1. Фотореактивация. Көзге көрінетін жарықтың жасушаларға әсері, бұрын
ультракүлгін сәулеленумен өңделген, өлімге әкелетін әсердің бірнеше есе төмендеуіне әкеледі, яғни. сәулеленген жасушалардың функцияларын қайта белсендіру. Көрінетін жарықтың қайта белсендіру әсері пиримидин димерлерінің ыдырауымен байланысты. Бұл процесс жарыққа тәуелді фотореактивтендіруші фермент арқылы жүзеге асады.
2. Қараңғы репарация.
Фотореактивациядан айырмашылығы, бұл жағдайда зақымдалған ДНҚ қалпына келтіріледі
көрінетін жарық энергиясын қажет етпейді. Бұл процесс ферменттердің қатысуымен де жүреді. Тимин димерлері бос орындар қалған ДНҚ тізбегінен алынады. Олардың орнында ДНҚ-полимераза ферментінің қатысуымен комплементарлы тізбектегі ақпаратқа сәйкес ДНҚ молекуласының бөлімі қалпына келтіріледі. ДНҚ лигаза ферменті қалпына келтірілетін ДНҚ молекуласын қалпына келтіруге қатысады.
3. Синтетикалық кезеңдегі репликациядан кейінгі жөндеу функциялары
митоздық цикл. Премитоздық кезеңде ДНҚ молекуласының тимидин димерлері -Т-Т- бар бөлімдері редупликацияланбайды және олардың орнында саңылаулар пайда болады. Жетіспейтін фрагменттер ДНҚ тізбегінің комплементарлылығына сәйкес аяқталады, бұл қалыпты ДНҚ молекуласын синтездеуге және еншілес жасушалардың алғашқы мутациялық өзгерісті тұқым қуалауын болдырмауға мүмкіндік береді.
Мутагенез – мутациялардың қалыптасу процесі. Мутацияны тудыратын факторлар мутагендер болып табылады. Мутагендер жеке адамның генетикалық материалына әсер етеді, нәтижесінде фенотип өзгеруі мүмкін.
Канцерогенез – ісік түзілу процесі. Канцерогенез кезінде молекулалық-генетикалық деңгейде өзгерістер орын алатыны және жасушалардың көбеюіне, өсуіне және дифференциациясына жауап беретін механизмдерге әсер ететіні анықталды.
Мутациялардың классификациясы.
Мутацияларды тудырған себептер бойынша:
Спонтанды (стихиялық). Олар адамның араласуынсыз табиғи мутагендік факторлардың әсерінен пайда болады.
Индукцияланған. Белгілі бір мутагендік факторлардың мақсатты әсерінің нәтижесі.
Мутацияланған жасушалар үшін:
Генеративті. Жыныс жасушаларында кездеседі. Мұрагерлік жолмен берілген.
Соматикалық. Соматикалық жасушаларда кездеседі. Олар тек вегетативті көбею арқылы тұқым қуалайды.
Ағза үшін нәтижеге сәйкес:
Өлімге әкелетін. Өмірмен үйлеспейді.
Жартылай өлімге әкелетін. Дененің өміршеңдігін төмендетіңіз.
Бейтарап. Өмірлік маңызды процестерге әсер етпеңіз.
Оң. Өмірлік белсенділікті арттыру. Олар сирек кездеседі, бірақ прогрессивті эволюция үшін үлкен маңызға ие.
Генетикалық материалдың өзгеруі бойынша:
Геномдық. Хромосома санының өзгеруінен туындайды. Цитогенетикалық әдістермен анықталады. Әрқашан фенотиптік түрде көрінеді.
Полиплоидия (хромосомалар санының гаплоидты ұлғаюының еселігі (3n, 4n, 5n), іріктеу үшін үлкен маңызға ие., гаплоидия). Сүтқоректілер мен адамдарда бұл өлімге әкелетін мутациялар
Гаплоидия (1n). Мысалы, аралардың дрондары бар. Тіршілік қабілеті төмендейді. Бұл жағдайда барлық рецессивті гендер пайда болады. Сүтқоректілер мен адамдар үшін мутация өлімге әкеледі.
Анеуплоидия. Көп гаплоидты азаюы немесе хромосома санының көбеюі (2n+\-1). Сорттары:
Трисомия. 2n + 1. Генотипте 3 гомологтық хромосома бар. Даун ауруы
Моносомия. Жиынтықта бір жұп гомологтық хромосома бар. 2n – 1. Хромосомалардың алғашқы үлкен жұптары үшін моносомия адам үшін өлімге әкеледі.
Нулесомия. Жұп хромосомалардың болмауы. Өлімге әкелетін мутация.
Хромосомалық (оберациялар). Хромосома құрылымының өзгеруіне байланысты. Олар хромосомалық немесе хромосомаралық болуы мүмкін. Цитогенетикалық әдістермен анықталады.
Интрахромосальды. Хромосомалардың қайта құрылуы
Хромосомаралық. Гомологты емес хромосомалардың арасында кездеседі. Аударма, қайталау.
Генетикалық (нүктелік, трансгенация). Ген құрылымының (ДНҚ молекулаларының) өзгеруімен байланысты. Көп жағдайда олар фенотиптік түрде көрінеді. Олар метаболикалық бұзылулар мен генетикалық ауруларды тудырады. Көріну жиілігі 1-2% құрайды. Биохимиялық әдістермен және рекомбинантты ДНҚ әдістерімен анықталады.
Құрылымдық гендердегі өзгерістер. Оқу кадрының ауысуы. Миссенс мутацияларына әкеледі (кодондардың мағынасының өзгеруі және басқа белоктардың түзілуі). Маңызсыз мутациялар – аминқышқылдарын кодтамайтын мағынасыз кодондардың түзілуі.
Функционалдық гендердегі өзгерістер.
Репрессорлық ақуыз оператор геніне сәйкес келмейді. Құрылымдық гендер тұрақты жұмыс істейді. Белоктар үнемі синтезделеді
Репрессор ақуызы индуктор арқылы жойылмайды. Құрылымдық гендер үнемі жұмыс істемейді. Ақуыз синтезі жоқ.
Репрессия мен индукцияның кезектесуінің бұзылуы.
