X Міжнародна студентська наукова конференція Студентський науковий форум – 2018

МУТАГЕННІ ФАКТОРИ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ГЕНЕТИЧНИЙ АПАРАТ ЛЮДИНИ.

1 Тюменський державний медичний університет Міністерства охорони здоров'я Російської Федерації

Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версія роботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF

З давніх часів людина помітив, що діти мають риси батьків. Якщо для давньої людини цей процес залишався таємним і недоступним для розуміння, то до початку ХХI століття кожна освічена людина знає про те, що спадкова інформація укладена в генах – молекулах ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти). будови та функціонування систем організму, що належить до цієї систематичної групи. Однак ні для кого не секрет, що генетична інформація здатна змінюватися, цей процес був названий мутаційною мінливістю. Мутації можуть мати як позитивний характер, наприклад, підвищувати резистентність організму до несприятливого впливу з боку навколишнього середовища, так і негативний, наприклад, знижувати життєздатність організму, викликати незворотні захворювання, несумісні з життям.Встановлено, що мутації виникають під впливом мутагенних факторів, які можуть бути викликані різними причинами від хімічного до фізичного впливу, але, так чи інакше, згубний вплив мутагенних факторів спрямований насамперед на спадковий апарат людини. Проблема впливу мутагенних факторів на різні системи організму людини стала особливо актуальною в період з кінця ХХ століття. Технології значно зробили крок вперед: людина «приручила» енергію атома, створила нові хімічні препарати, досягнення генної інженерії стали активно впроваджуватися в багато сфер життя людини. Проте є й зворотний бік медалі: забруднення довкілля мутагенами різної природи. Проблема мутагенного забруднення на сьогоднішній день одна з найгостріших. Яким чином мутагени впливають на генетичний апарат людини? Тож яку ціну доведеться заплатити людині за свої досягнення?

Поняття мутацій, види мутацій. Вся генетична інформація про амінокислотну послідовність укладена в молекулах дезоксирибонуклеїнової кислоти, або ДНК. ДНК зберігається у клітинному ядрі як хромосом – спіралізованого хроматину (гістонові білки, з'єднані з молекулами ДНК). Спадкова інформація передається організму від батьківських особин. Спадкова передача ознак батьків до потомства – консервативний процес, але це консервативність перестав бути абсолютної. Іноді відбуваються помилки, внаслідок чого кількість ДНК чи послідовність нуклеотидів у дочірній ДНК змінюється. Ці зміни спадкового матеріалу називають мутаціями.Термін «мутація» був запроваджений нідерландським ботаніком Гуго де Фрізом під час вивчення спадковості та мінливості у рослин. Сам учений поняття мутації визначав як «стрибкоподібну зміну спадкової ознаки». Пізніше він сформулював мутаційну теорію, положення якої свідчать, що мутації - стійкі спадкові зміни, можуть мати різний характер впливу на організм, спонтанні. Виділяють три основні види мутацій:1. Генні чи точкові мутації. Точкові мутації викликають зміни у послідовності нуклеотидів у ланцюжку ДНК. Сутність генних мутацій може зводитись до чотирьох типів: заміна пар основ у молекулі ДНК, делеція однієї пари або групи нуклеотидів, вставка додаткової пари або групи основ, перестановка положення нуклеотиду всередині гена. Зміни в молекулярній структурі гена ведуть до нових послідовностей нуклеотидів або зсуву рамки зчитування, внаслідок чого виникають нові послідовності амінокислот, при цьому клітина перестає синтезувати необхідні для нормальної життєдіяльності білки. Однак варто зазначити, що в клітині існують механізми репарації, які полягають у виправленні помилок, спричинених генними мутаціями. Розрізняють «світлову» та «темнову» репарації, що відновлюють різні види пошкоджень ДНК. 3

І все-таки якщо дія мутагенних факторів досить сильна, системи репарації клітини не здатні усунути мутацію.

2. Хромосомні мутації. Хромосомні мутації характеризуються змінами у структурі хромосоми.До хромосомних мутацій відносять делецію (втрату ділянки хромосоми), дуплікацію (подвоєння однієї з ділянок), інверсію (поворот ділянки хромосоми на 180 градусів), транслокацію (перенесення ділянки хромосоми на негомологічну їй). 70% генетичних патологій пов'язані з виникненням під впливом мутагенних чинників хромомсомних мутацій. 3. Геномні мутації. Геномні мутації – це мутації, пов'язані із зміною числа хромосом у геномі людини. При змінах такого роду в одних випадках кількість спадкового матеріалу залишається незмінною, як при центричному злитті або розподілі (злиття негомологічних хромосом або розподілі однієї хромосоми на дві відповідно), в інших - змінюється. До таких випадків відносять анеуплоїдію – неразову зміну кількості хромосом, та нулісомію – відсутність пари гомологічних хромосом. Як правило, відсутність будь-якої хромосоми робить організм вкрай нежиттєздатним, наявність зайвих хромосом спричиняє серйозні патології. Вище було наведено класифікацію мутації за масштабом змін. Крім того, мутації класифікують за місцем виникнення (гаметичні або соматичні залежно від клітин, в яких відбулася мутація), з причин виникнення (спонтанні та індуковані, тобто спричинені впливом природних мутагенів і, відповідно, штучним впливом мутагенів на організм, у свою чергу , індуковані мутації можна розділити на контрольовані та неконтрольовані), за біологічним значенням (сприятливі підвищують життєздатність та пристосованість організму, нейтральні не впливають на життєдіяльність, патогенні призводять або до загибелі, або до розвитку спадкових патологій).1.2 Мутагенні фактори, види, причини виникнення. Отже, мутагенним фактором є фактор навколишнього середовища, здатний викликати мутації.

фізичні, хімічні, біологічні та аутомутагенти. Розглянемо докладніше кожен з них.

Фізичні мутагени. До фізичних мутагенів відносять іонізуюче радіаційне, рентгенівське, ультрафіолетове випромінювання.

Під впливом ультрафіолетового випромінювання організми знаходяться постійно внаслідок того, воно потрапляє в атмосферу Землі разом з променями Сонця. воно здатне надавати згубний вплив на епідерміс, сітківку ока.

Іонізуюче випромінювання представлено альфа-, бета-і гамма-випромінюваннями. органічні молекули. іонізованими молекулами веде до радіолізу – руйнації хімічних зв'язків із утворенням вільних радикалів.Такий процес можливий, тому що при іонізації виникає електронний дефіцит у молекулі, який може «переміщатися» нуклеотидним ланцюгом і локалізуватися в «слабких місцях» - фосфатно-вуглецевий зв'язок, пуринові та піримідинові кільця. Крім того, відбувається розрив сахарофосфатного кістяка молекули. Непряме вплив радіації на молекули ДНК реалізується рахунок продуктів радіолізу води –активних форм кисню, гідроксильних радикалів. Зокрема, гідроксильний радикал – основний агент, що викликає радіоліз азотистих основ і

дезоксирибозофосфатного фрагмента ДНК Альфа-, бета-і гамма-випромінювання розрізняються за проникаючою здатністю, отже, і за генетичним ефектом. Так, альфа-випромінювання зупиняється епідермісом шкіри, бета-випромінювання проникає вглиб тканин на 2-3 сантиметри, а гамма-випромінювання проходить через усі тканини, що зустрічаються у нього на шляху. 5

Також встановлено пропорційну залежність між частотою зчеплених зі статтю рецесивних мутацій та дозою опромінення, частотою хромосомних перебудов та дозою радіаційного випромінювання. Будь-яка доза іонізуючого випромінювання надає згубний вплив на клітину та її генетичний апарат, немає «безпечної дози». Особливо небезпечно іонізуюче випромінювання для клітин, що мають більші ядра і, відповідно, частіше діляться (клітини крові, епітелію, чоловічі гамети).

Хімічні мутагени. Хімічними мутагенами називають хімічні речовини, здатні в ході вступати в реакцію з компонентами ДНК і тим самим викликати в ній порушення, такі як хімічні перебудови азотистих основ (дезамінування, порушення кільцевої структури, елімінація), порушення сахарофосфатного кістяка молекули, ковалентне зв'язування азотистих основ та ароматичними радикалами. Найбільш важливими характеристиками хімічного мутагенезу є кількісні закономірності залежності ефекту від концентрації та природи речовини, а також часу дії. До хімічних мутагенів відносять неорганічні (азотисту кислоту, солі важких металів, сірчистий газ, солі азотної кислоти, пероксид водню) та органічні речовини (формальдегід, хлороформ, деякі алкалоїди, бензол, циклічні сполуки). Мутагенними є пестициди, що використовуються в сільському господарстві, багато лікарських препаратів (наприклад, похідні етиленіміну, дихлордіетиламіну, тіофосфамід, дегранол, гормональні препарати, хлоридин, амідопірин). Механізм дії хімічних мутагенів ґрунтується на руйнуванні хімічних зв'язків у молекулі ДНК після проникнення його всередину клітини. Змінена в ході хімічних перетворень ДНК (алкілування, утворення димерів тощо) реплікується з порушеннями, що призводить до мутацій. Хімічні мутагени ділять на мутагени прямої та непрямої дії. Останні (промутагени) самі по собі інертні, але в ході реакцій ферментативного окислення здатні перетворюватися на мутагени (наприклад, перетворення етилового спирту на канцерогенний ацетальдегід).

Біологічні мутагени. До біологічних мутагенів відносять специфічні послідовності ДНК – транспозони (елементи геному, здатні викликати значні хромосомні мутації, вбудовуючись у геном), мікротоксин – продукти життєдіяльності мікроорганізмів (наприклад, афлатоксин), плазміди, віруси кору, віспи, грип. Біологічні мутагени здатні «вирізати» фрагменти ДНК, вставляти нові, провокувати генні мутації, зокрема заміну одного нуклеотиду на інший.

Таким чином, природа мутагену може бути різною, але його дія завжди спрямована на генетичний апарат клітини. Однак у клітині існує система захисту від руйнівного впливу мутагенних факторів. По-перше. Це вже названа раніше система репарації (самовідновлення ДНК). Для фоторепарації потрібна присутність видимого світла: енергія видимого світла запускає ферментативну реакцію, під час якої відбувається розрізання димерів та відновлення нативної структури ДНК. Процес темнової репарації було відкрито 1955 року. При темновій репарації відновлення йде шляхом видалення пошкодженої ділянки нитки ДНК та забудови пролому на основі генетичної інформації нормальної ділянки нитки. Процес йде поетапно: спочатку специфічна ендонуклеаза знаходить ушкодження і надрізає біля нього ту нитку ДНК, в якій локалізовано ушкодження, потім екзонуклеаза розширює надріз, «відкушуючи» нуклеотиди, у тому числі й уражену ділянку, і після цього за допомогою полімерази добудовується новий фрагмент компліментарності, який буде пошитий зі старим фрагментом нитки на межі пролому полінуклеотидлігазою. Крім того, деякі хімічні речовини також здатні знижувати ефект мутагенів, що ушкоджує.Їх називають антимутагенами. До таких речовин відносять сполуки тіолового ряду (цистеїн, цистин, глутатіон, бета-аміноетилізомочевина), фосфорильовані тіоли, органічні сполуки селену, пропіленгіколь, гліцерол, сполуки з вираженою токсикологічною та фармакологічною активністю ( амінооксиди). Однак проблема у використанні даних речовин в якості антимутагенів полягає в тому, що багато видів протекторів ефективні у високих, близьких до токсичних концентрацій, однак у перспективі розробка таких антимутагенів, застосування яких буде безпечним для людини.

Роль мутаційного процесу.

Останні кілька десятиліть перед вченими стоїть питання вирішення проблеми мутагенного забруднення навколишнього середовища. Все живе на планеті живе під впливом природного радіаційного фону. діяльність людини помітно підвищила вміст мутагенів у навколишньому Такі мутагени не тільки не корисні, але і шкідливі для організмів: збільшується частота мутацій, народжується більше нежиттєздатних особин або особин з вродженими дефектами, що передаються у спадок. не володіють мутагенними властивостями, розробка методів застосування антимутагенів.На думку експертів Всесвітньої Організації Охорони Здоров'я, ідеальною стратегією, спрямованою до мінімізації можливості несприятливої ​​мутагенної дії, пов'язаної з хімічними речовинами, було б здійснення вимоги обов'язкового випробування в тест-системах на мутагенність. У розробці методів профілактики та лікування захворювань, пов'язаних із впливом радіоактивного випромінювання, бере участь клінічна радіологія – розділ медичної радіології.

Науково-технічна революція перетворила місце існування людини, наповнила її великою кількістю мутагенів, здатних викликати незворотні порушення в генетичному апараті людини. Власні системи захисту генетичної інформації у клітині перестають справлятися внаслідок великої кількості впливу мутагенних чинників різної природи. Проблема забруднення довкілля є проблемою міжнародного масштабу. Необхідно чітко оцінювати тенденції забруднення середовища мутагенами та їх можливі наслідки: підвищення рівня мутагенів і токсичних речовин може спричинити великі перебудови екосистем зі втратою біологічних видів, зниження життєздатності живих організмів. Якщо буде допущено неконтрольоване забруднення біосфери мутагенами, в принципі можна буде говорити про можливу загрозу у вигляді генетичної катастрофи для людства. Охорона генетичної інформації та боротьба створення повноцінних умов її прояви у розвитку кожної людини – це обов'язкова умова подальшого соціального прогресу людства.

Список використаних ресурсів

1. Дубровін, Н. П. Загальна генетика, вид. 2-ге/Н.П. Дубровін – М.: Наука, 1976. – 572 с.

2. Сюсюкін, А.Є.Клінічна радіологія: підручник для вузів/А Сюсюкін, О.М. Власенко – М.: ГЕОТАР-Медіа, 2008. – 244 с.

3. Мутовін, Г.Р. Клінічна генетика. Геноміка та протеоміка спадкової патології: навчальний посібник. - Вид. 3-тє, перераб. та доп./Г.Р. Мутовін – М.: Геотар-Медіа, 2010. – 832 с.

4. Бочков, Н.П. Хімічний мутагенез у людини та прогнозування її ефектів. / Н.П. Бочков // Генетика та добробут людства. Праці XIV Міжнародного генетичного конгресу. – 1981. – с.185-193

5. Айла, Ф. Сучасна генетика: у 3-х т. Т. 2./Ф. Айла, Дж. Кайгер; пров. з англ. - М: Мир, 1998. - 368 з

Екзогенні та ендогенні мутагени

Екзогенні мутагени — це фактори зовнішнього середовища, які можуть спричинити зміну спадкових структур. До них відносяться фізичні, хімічні та біологічні впливи. Екзогенні фактори провокують виникнення так званих індукованих мутацій.

Будь-яка людина протягом свого життя піддається дії різноманітних умов довкілля. Тому вивчення екзогенних мутагенів та розробка відповідних захисних заходів проводяться різними міжнародними організаціями: Всесвітньою організацією охорони здоров'я, Міжнародною комісією із захисту від радіації, Науковим комітетом з дії атомної радіації ООН та ін.

Причиною виникнення ендогенних мутацій є певні особливості самого організму людини, що провокують зміни спадкового матеріалу. Одним з ендогенних факторів, що привертають до виникнення мутацій, є вік людини. Давно встановлено, що чим старша жінка, тим вищий ризик народження дитини з патологічними змінами хромосом.Так, синдром Дауна (трисомія по 21 хромосомі) діагностується в середньому у одного з 700 новонароджених. У той самий час це захворювання визначається лише в одного з 1800 дітей 20-річних матерів. Але вже у 40-літніх жінок приблизно 1% новонароджених мають синдром Дауна. Результати лабораторних досліджень показують, що у кожної 5-ї дитини, яка народилася від матерів віку 43 років, виявляється хромосомна патологія.

Що викликають фізичні хімічні та біологічні мутагени?

Терміни та поняття: мутагенез (експериментальний, спонтанний); мутагени фізичні, хімічні та біологічні; мутації індуковані та спонтанні; лейкоз; репарації.

Поняття мутагенезу, від початку становлення генетики питанням причин і природи мутацій приділялося особливу увагу. Вчених насамперед дуже цікавило, звідки беруться раптові стрибкоподібні зміни фенотипу. Першим реальним кроком у цьому напрямі стали дослідження з експериментального мутагенезу (від мутаціо і генезис) – вплив на організм мутагенами – сильнодіючими фізичними факторами або певними хімічними речовинами, що призводять до появи мутацій. Впровадження математичних методів, за допомогою яких виявився можливим суворий облік кількості мутацій, що з'являються, також дав ряд цікавих результатів, що стимулювали подальший розвиток генетики. Крім того, їх спрямований пошук у природі показав, що мутації проявляються і в природному середовищі, де відбувається так званий спонтанний мутагенез.

Мутації, які викликають у лабораторних умовах, стали називати індукованими мутаціями, а ті, що знаходять у природних популяціях, – спонтанними.І ті, й інші, як правило, за своїм фенотиповим проявом майже не відрізняються, але вчені все ж таки відзначають, що індуковані мутації набагато різноманітніші і фенотипові проявляються сильніше, ніж спонтанні. Наприклад, у дрозофіл (рис.54) до звичайних відносять мутації «жовте тіло» та «закручені крила». Їх можна викликати в лабораторії і спостерігати в природі, але виразність цих аномалій завжди сильніша у лабораторних особин.

Що таке фізичний мутагенез? Вперше принципову можливість штучного викликання мутацій довів у 1927 р. американський дослідник Герман Джозеф Меллер (1890-1967), який вплинув рентгенівськими променями на дрозофіл.

Нині чітко встановлено, що це види іонізуючого опромінення є сильними фізичними мутагенами. У лабораторних умовах використовуються майже виключно рентгенівські та гамма-промені. Вони краще, ніж потоки заряджених частинок, проникають углиб організму. До фізичних мутагенів також відносяться ультрафіолетове опромінення та підвищена температура.

Механізм мутагенної дії опромінення полягає у наступному. Проходячи через цитоплазму або каріоплазму, промені на своєму шляху виривають електрони зовнішньої оболонки атомів і перетворюють їх на позитивно заряджені іони. Електрони, що вивільнилися, приєднуються до інших атомів, надаючи їм негативного заряду. В результаті в клітині та ядрі утворюється величезна кількість високоактивних хімічних радикалів. Якщо вони взаємодіють зі структурними білками чи ферментами, викликаючи зміни їх структури, це певний час призводить до порушень функціонування клітини. Якщо вони взаємодіють із ДНК, наступають незворотні зміни — мутації.Мутації можуть бути пов'язані як з порушеннями структури одного нуклеотиду, так і одразу безлічі сусідніх нуклеотидів. У результаті першому випадку при реплікації можуть виникати генні (точкові) мутації, тоді як у другому — перебудови хромосом. Вплив іонізуючого опромінення найчастіше призводить саме до другого типу мутацій.

Мал. 54. Приклади мутацій дрозофіли, які можуть бути індуковані мутагенами або виникати у природних умовах: а – жовте тіло; б - скручені крила.

Найчастіше дію іонізуючого випромінювання, особливо заряджених частинок, порівнюють із влученнями у мету, якої у разі є генетичний апарат клітини. Як не кожна куля знаходить свою мету, так і не кожна заряджена частка потрапляє в ядро. Якщо це так, то можна припустити, що мутагенний ефект опромінення набагато вище в тканинах, що діляться, клітини яких мають відносно більші ядра в порівнянні з клітинами, що не діляться. Крім того, мутагенний ефект випромінювання більше проявляється при опроміненні чоловічих гамет, ніж жіночих (згадайте ядерно-цитоплазматичні співвідношення у сперматозоїдах та яйцеклітинах).

Мутагенний ефект випромінювання в клітинах, що діляться вище ще й тому, що генні мутації найчастіше виникають у процесі реплікації ДНК. Тоді як у стабільних клітинах, що не діляться, багато порушень структури нуклеотиду (метилювання, амінування, фосфорилювання азотистих основ) — це ще не власне мутація, а швидше схильність до мутації. Такі зміни структури нуклеотиду різко підвищують ймовірність неправильної реплікації, і лише порушення синтезу ДНК призводять до мутації.Невипадково в людини радіація передусім вражає клітини епітеліальної тканини (зокрема сперматозоїди, які утворюються в організмі) і деякі види сполучної тканини, передусім кістковий мозок, у якому постійно шляхом поділу клітин попередників утворюються формені елементи крові. Одним із найнебезпечніших наслідків опромінення кісткового мозку є таке захворювання, як лейкоз — злоякісне переродження кровотворної системи. Дуже схильні до дії іонізуючого опромінення людські ембріони.

Мал. 55. Прямолінійна залежність частоти мутацій від дози рентгенівського опромінення, яку отримали піддослідні особи дрозофіли.

Мал. 56. Формула бензопірену - мутагена і одного із забруднювачів середовища.

Саме через те, що випромінювання вражає клітини, що діляться, дорослі комахи дуже стійкі до його впливу. На стадії імаго у комах повністю припиняється зростання та клітинні поділу. Тому, наприклад, тарган може витримати опромінення кілька сотень рентген, тоді як для людини критичними є дози на рівні 50 рентген.

На властивості іонізуючого опромінення вражати клітини, що діляться, заснований терапевтичний ефект гамма-променів, за допомогою яких вбивають ракові клітини, які знаходяться в стані постійних поділів. У такий спосіб гальмується розвиток злоякісних пухлин.

Важливою властивістю фізичних мутаген є пряма залежність між дозою випромінювання, яку отримує організм, і виходом мутацій (рис. 55). Чим вища доза, тим більше мутацій.

Звідси було зроблено висновок: немає порогових доз дії іонізуючого опромінення, нижче яких воно нешкідливе, при малих дозах рівень мутування негаразд помітний.Саме тому, якщо організм пробуде в умовах низького рівня радіації досить тривалий період, то накопичений мутагенний ефект може бути не меншим, ніж за великої дози, отриманої за дуже короткий період часу.

Особливості хімічного мутагенезу. Хімічний мутагенез було відкрито пізніше фізичного, 1940 року. Честь його відкриття належить уродженцю Чернігова, видатному генетику Йосипу Абрамовичу Раппопорту (1912—1990), який вирощував дрозофіл на середовищі, що містить формальдегід.

Хімічні мутагени - це речовини певних типів хімічних сполук, які взаємодіючи з ДНК вражають генетичний апарат клітини. До хімічних мутагенів відносять: неорганічні речовини (оксид сірки S О ₂ та азоту N Про ₂ , перекис водню Н₂Про₂, азотисту кислоту HN ₂ , солі азотної кислоти HNO_s, з'єднання плюмбуму та гідаргіуму); прості органічні сполуки (формальдегід СН₂=0, хлороформ СНС1₃) і набагато складніші органічні сполуки. До дуже сильних мутагенів відносять органічні сполуки, здатні переносити групи СН₃ і С₂Н₅. Деякі з них настільки мутагенні, що їх називають супер мутагенами. Сильні мутагенні властивості мають циклічні органічні сполуки, в яких бере участь атом Нітрогену. До цієї групи сполук належать усі аналоги азотистих основ. Мутагенами виявились і багато отрутохімікатів, що використовуються для боротьби з сільськогосподарськими шкідниками.

Механізм дії хімічних сполук багато в чому нагадує дію випромінювання, тільки в цьому випадку хімічно активні речовини не утворюються в клітині під дією зовнішньої енергії, а проникають до неї як чужорідні речовини, після чого починають реагувати з ДНК, змінюючи її структуру. При наступних реплікаціях ДНК з'являються мутації. Є особливі форми хімічних мутагенів, які змінюють первинну структуру ДНК, а утворюють із нею комплекси. У цих місцях відбуваються порушення синтезу ДНК.

Хімічний мутагенез має багато з фізичним. Зокрема, що вища доза хімічного впливу, то більший вихід мутацій. Але є й низка особливостей. По-перше, хімічні мутагени діють специфічніше, часто викликаючи мутації певного типу. По-друге, вони мають пролонгований ефект. Це означає, що мутації можуть проявитися через кілька клітинних поділів і навіть через два-три покоління нащадків.

Одним із наймасовіших і найнебезпечніших хімічних мутагенів є поліциклічний вуглеводень бензопірен (рис. 56), який міститься в бензині, а також утворюється при горінні нікотину. Це дуже стійке з'єднання, тому небезпечно тим, що може накопичуватися в навколишньому середовищі або організмі. Тому навіть мінімальні його дози рано чи пізно можуть призвести до мутагенних та канцерогенних (від латів. канцер — рак та генезис) ефектів. Саме цій речовині чоловіки-курці зобов'язані часто безпліддя, що виникає в них.

Виявляється, є й біологічні мутагени. До середини 40-х XX ст. ніхто не припускав, що ДНК, основна речовина ядра, є носієм генетичної інформації. Тоді вважалося, що ця інформація записана в спеціальних білках.Вперше довести, що саме ДНК є носієм спадкової інформації, вдалося академіку НАН України Сергію Михайловичу Гершензону (1906—1998). Він вирощував дрозофіл на середовищі, насиченому ДНК. Виявилося, що у таких колоніях масово виникають мутації, тоді як і пробірках, середовище яких містило різноманітні білки, мутації не спостерігалися. Звідси було зроблено висновок, що ДНК є генетично активною речовиною.

Мал. 57. С.М. Гершензон.

Цілком очевидно, що до мутагенних ефектів можуть призводити і вірусні інфекції. Адже в цьому випадку ДНК потрапляє безпосередньо до генетичного апарату, викликаючи порушення в його роботі. Справді, в уражених вірусами клітинах часто спостерігаються хромосомні перебудови, що зовні не відрізняються від викликаних гамма-променями.

Саме на мутагенні дії заснований і канцерогенний ефект деяких груп вірусів. Адже виникнення злоякісних пухлин починається з переродження соматичних клітин, спричиненого порушеннями їхнього генетичного апарату мутагенами.

Спонтанні мутації у природі. Що може бути причиною поодиноких випадків мутування організмів, що живуть у чистому середовищі? Адже на них не впливають фізичні та хімічні мутагени. Якщо зараз на землі можна знайти безліч місць, забруднених мутагенами (території, що постраждали від аварій на ядерних реакторах, наприклад, Чорнобильська зона, або ділянки, заражені отрутохімікатами або відходами шкідливого виробництва), то ще сто років тому нічого подібного не було, а тим не менше менш, спонтанні мутації були завжди. Можливо, їх викликають малопомітні причини, такі як: природне радіаційне тло або ультрафіолетові промені сонячного випромінювання, раптові підвищення температури та інші.

Ці чинники завжди були землі і впливали на організми. Спеціальні розрахунки показують, що підвищеним радіаційним тлом можна пояснити трохи більше 10—25% всіх спонтанних мутацій в людини. Очевидно, причиною мутацій все ж таки є випадкові помилки при реплікації.

Встановлено, що спонтанні мутації у еукаріотів мають частоту 10 -6, тоді як у бактерій частота мутацій на порядок вища. Це означає, що в середньому у кожного мільйонного новонародженого немовляти з'являється мутація якогось певного гена. Очевидна реальна частота спонтанних мутацій набагато вища, але в клітинах існують механізми репарації (від лат. репарацій – відновлення) – системи спеціальних ферментів, які виправляють пошкодження та розриви, відновлюють цілісність молекули ДНК.

Мутації можна викликати штучним шляхом, впливаючи фізичними агентами (іонізуючим випромінюванням) чи хімічними речовинами певної природи на клітини чи організм у цілому. Причому частота індукованих мутацій тим вища, що сильніша доза радіації чи концентрація хімічних мутагенів в організмі. У природних умовах без впливу певних мутагенів також виникають спонтанні мутації. Частота спонтанних мутацій набагато нижче індукованих і в середньому одна мутація відбувається не частіше ніж одна на мільйон генів.

Перевірте себе

1 Який процес називають мутагенезом? 2. у чому полягає ефект малих доз опромінення? 3. Чим хімічний мутагенез відрізняється від фізичного? 4. Що є нормальним чинником біологічного мутагенезу? 5. Чому в природі за відсутності явного впливу фізичних та хімічних мутагенів протікає мутаційний процес?

Як ви гадаєте?

Багато вчених вважають, що малі дози радіації не такі вже й страшні, до них організм може так само пристосуватися, як і до деяких отрут, які вони отримують у малих дозах. Спробуйте підтримати чи спростувати цю думку. 2. Чому

Чи ефекти від впливу хімічних мутагенів можуть проявлятися через кілька поколінь?