Mutacije su važan predmet proučavanja za citogenetičare i biohemičare. Upravo su mutacije, genske ili hromozomske, najčešće uzrok nasljednih bolesti. U prirodnim uslovima, hromozomska preuređivanja se dešavaju veoma retko. Mutacije uzrokovane kemikalijama, biološkim mutagenima ili fizičkim faktorima kao što je jonizujuće zračenje često su uzrok urođenih malformacija i maligniteta.
Opće informacije o mutacijama
Hugh de Vries je definisao mutaciju kao iznenadnu promjenu nasljedne osobine. Ovaj fenomen se nalazi u genomu svih živih organizama, od bakterija do ljudi. U normalnim uslovima, mutacije u nukleinskim kiselinama se javljaju veoma retko, sa učestalošću od približno 1 10–4 – 1 10–10.
U zavisnosti od količine genetskog materijala zahvaćenog promjenama, mutacije se dijele na genomske, hromozomske i genske. Genomski su povezani s promjenom broja hromozoma (monosomija, trisomija, tetrasomija); hromozomski su povezani s promjenom strukture pojedincahromozomi (delecije, duplikacije, translokacije); mutacije gena utiču na jedan gen. Ako je mutacija zahvatila samo jedan par nukleotida, onda je to tačkasta mutacija.
U zavisnosti od uzroka koji su ih izazvali, razlikuju se spontane i inducirane mutacije.
Spontane mutacije
Spontane mutacije nastaju u organizmu pod uticajem unutrašnjih faktora. Spontane mutacije se smatraju normalnim, rijetko dovode do ozbiljnih posljedica po organizam. Najčešće se takva preuređivanja dešavaju unutar istog gena, povezana sa zamjenom baza - purin za drugi purin (tranzicija), ili purin za pirimidin (transverzija).
Značajno rjeđe se javljaju spontane mutacije u hromozomima. Kromosomske spontane mutacije obično su predstavljene translokacijama (prijenos jednog ili više gena s jednog hromozoma na drugi) i inverzijama (promjene u sekvenci gena u hromozomu).
Indukovana preuređivanja
Indukovane mutacije nastaju u ćelijama tela pod uticajem hemikalija, zračenja ili materijala za replikaciju virusa. Takve se mutacije javljaju češće od spontanih i imaju ozbiljnije posljedice. Oni utiču na pojedinačne gene i grupe gena, blokirajući sintezu pojedinačnih proteina. Inducirane mutacije često globalno utiču na genom, upravo pod uticajem mutagena u ćeliji se pojavljuju abnormalni hromozomi: izohromozomi, prstenasti hromozomi, dicentrici.
Mutageni, pored hromozomskih preuređivanja, uzrokuju oštećenje DNK: dvolančani prekidi,formiranje umreženih DNK.
Primjeri hemijskih mutagena
Kemijski mutageni uključuju nitrate, nitrite, analoge dušične baze, dušičnu kiselinu, pesticide, hidroksilamin, neke aditive u hrani.
Azotna kiselina uzrokuje da se amino grupa odcijepi od azotnih baza i zamijeni drugom grupom. To dovodi do tačkastih mutacija. Hidroksilamin također uzrokuje kemijski inducirane mutacije.
Nitrati i nitriti u visokim dozama povećavaju rizik od raka. Neki dodaci ishrani izazivaju reakcije arilacije nukleinskih kiselina, što dovodi do poremećaja procesa transkripcije i translacije.
Hemijski mutageni su veoma raznovrsni. Često su upravo ove supstance uzrok indukovanih mutacija u hromozomima.
Fizički mutageni
Fizički mutageni uključuju jonizujuće zračenje, prvenstveno kratkotalasno, i ultraljubičasto. Ultraviolet pokreće proces peroksidacije lipida u membranama, provocira stvaranje raznih defekata u DNK.
Rentgen i gama zračenje izazivaju mutacije na nivou hromozoma. Takve ćelije nisu sposobne za diobu, umiru tokom apoptoze. Inducirane mutacije također mogu utjecati na pojedinačne gene. Na primjer, blokiranje gena supresora tumora dovodi do tumora.
Primjeri induciranih preuređivanja
Primjeri induciranih mutacija su različite genetske bolesti, koje se češće manifestuju u područjima sklonimizlaganje fizičkom ili hemijskom mutagenom faktoru. Posebno je poznato da je u indijskoj državi Kerala, gdje godišnja efektivna doza jonizujućeg zračenja premašuje normu 10 puta, povećana učestalost rađanja djece s Downovim sindromom (trizomija na 21. kromosomu). U kineskom okrugu Yangjiang, velika količina radioaktivnog monazita pronađena je u tlu. Nestabilni elementi u njegovom sastavu (cerijum, torijum, uranijum) se raspadaju sa oslobađanjem gama kvanta. Izloženost kratkovalnom zračenju u županiji dovela je do velikog broja rađanja djece sa sindromom mačke koja plače (delecija velikog dijela 8. kromosoma), kao i do povećane incidencije raka. Još jedan primjer: u januaru 1987. godine u Ukrajini je registrovan rekordan broj rođenja djece s Downovim sindromom, povezanih s nesrećom u Černobilju. U prvom tromjesečju trudnoće, fetus je najosjetljiviji na djelovanje fizičkih i kemijskih mutagena, pa je kolosalna doza zračenja dovela do povećanja učestalosti hromozomskih anomalija.
Jedan od najzloglasnijih hemijskih mutagena u istoriji je sedativ Thalidomide, proizveden u Nemačkoj 1950-ih. Uzimanje ovog lijeka dovelo je do rođenja mnoge djece sa širokim spektrom genetskih abnormalnosti.
Naučnici obično koriste metodu indukovane mutacije kako bi pronašli najbolji način za borbu protiv autoimunih bolesti i genetskih abnormalnosti povezanih sa hipersekrecijom proteina.
