Қандай мутациялар спонтанды деп аталады? Терминді қолжетімді тілге аударатын болсақ, онда бұл генетикалық материалдың ішкі және/немесе сыртқы ортамен әрекеттесу процесінде пайда болатын табиғи қателер. Мұндай мутациялар әдетте кездейсоқ болады. Олар жыныс мүшелерінде және дененің басқа жасушаларында байқалады.
Мутацияның экзогендік себептері
Спонтанды мутация химиялық заттардың, радиацияның, жоғары немесе төмен температуралардың, сирек кездесетін ауаның немесе жоғары қысымның әсерінен болуы мүмкін.
Жыл сайын орта есеппен адам табиғи радиациялық фонды құрайтын иондаушы сәулеленудің оннан бір бөлігін жұтады. Бұл санға Жердің ядросынан түсетін гамма-сәулелену, күн желі және жер қыртысының қалыңдығында кездесетін және атмосферада еріген элементтердің радиоактивтілігі кіреді. Алынған доза да адамның орналасқан жеріне байланысты. Барлық өздігінен болатын мутациялардың төрттен бірі осы факторға байланысты болады.
Ультракүлгін сәулелену, танымал пікірге қайшы, аздаған рөл атқарады. ДНҚ ыдырауының пайда болуы, өйткені ол адам ағзасына жеткілікті терең ене алмайды. Бірақ тері жиі күн сәулесінің шамадан тыс әсерінен зардап шегеді (меланома және басқа да қатерлі ісіктер). Дегенмен, бір жасушалы организмдер мен вирустар күн сәулесінің әсерінен мутацияға ұшырайды.
Тым жоғары немесе төмен температура да генетикалық материалдың өзгеруіне әкелуі мүмкін.
Мутацияның эндогендік себептері
Спонтанды мутацияның пайда болуының негізгі себептері эндогендік факторлар болып қала береді. Оларға метаболикалық жанама өнімдер, репликация, жөндеу немесе рекомбинация процесіндегі қателер және т.б. жатады.
-
Репликациядағы сәтсіздіктер:
- азотты негіздердің өздігінен ауысуы және инверсиясы;
- ДНҚ-полимеразалардағы қателіктерге байланысты нуклеотидтердің дұрыс енгізілмеуі;- нуклеотидтердің нуклеотидтердің химиялық ауыстырылуы., мысалы, гуанин-цитозиннен аденин-гуанинге.
- Қалпына келтіру қателері:-ДНҚ тізбегінің сыртқы факторлардың әсерінен үзілгеннен кейін олардың жеке бөлімдерін жөндеуге жауапты гендердегі мутациялар.
- Рекомбинация мәселелері:- мейоз немесе митоз кезінде кроссинг-over процестеріндегі сәтсіздіктер негіздердің жоғалуына және аяқталуына әкеледі.
Бұл өздігінен мутация тудыратын негізгі факторлар. Сәтсіздіктердің себептері мутаторлық гендердің белсендірілуінде, сондай-ақ қауіпсіз химиялық қосылыстардың жасуша ядросына әсер ететін белсенді метаболиттерге айналуында болуы мүмкін. Сонымен қатар, құрылымдық факторлар да бар. Оларға учаскенің жанындағы нуклеотидтер тізбегінің қайталануы жатадытізбекті қайта құру, құрылымы бойынша генге ұқсас қосымша ДНҚ бөлімдерінің, сондай-ақ геномның қозғалмалы элементтерінің болуы.
Мутацияның патогенезі
Спонтанды мутация жасуша өмірінің белгілі бір кезеңінде жоғарыда аталған факторлардың барлығының бірге немесе бөлек әрекет етуінің әсерінен пайда болады. Қыз бен ананың ДНҚ жіптерінің жұптасуының сырғымалы бұзылуы сияқты құбылыс бар. Нәтижесінде ілмектер жиі реттілікке сәйкес келмейтін пептидтерден түзіледі. Артық ДНҚ фрагменттерін еншілес тізбектен алып тастағаннан кейін, ілмектер резекцияға (жоюға) және салуға (қайталану, кірістіру) болады. Пайда болған өзгерістер жасушаның келесі бөліну циклдерінде бекітіледі.
Болатын мутациялардың жылдамдығы мен саны ДНҚ-ның бастапқы құрылымына байланысты. Кейбір ғалымдар ДНҚ тізбегінің барлығы иілу түзсе, олар мутагенді болады деп санайды.
Ең таралған өздігінен жүретін мутациялар
Генетикалық материалдағы спонтанды мутацияның ең жиі көрінісі қандай? Мұндай жағдайлардың мысалдары азотты негіздердің жоғалуы және аминқышқылдарының жойылуы болып табылады. Цитозин қалдықтары оларға ерекше сезімтал болып саналады.
Бүгінгі таңда омыртқалы жануарлардың жартысынан көбінде цитозин қалдықтарының мутациясы бар екені дәлелденді. Дезаминациядан кейін метилцитозин тиминге ауысады. Осы бөлімді кейіннен көшіру қатені қайталайды немесе оны жояды немесе екі еселендіреді жәнежаңа фрагментке мутацияланады.
Стихиялық мутациялардың жиі болуының тағы бір себебі - псевдогендер санының көптігі. Осыған байланысты мейоз кезінде тең емес гомологиялық рекомбинациялар пайда болуы мүмкін. Бұл гендердің қайта реттелуіне, жеке нуклеотидтер тізбегінің айналуына және екі еселенуіне әкеледі.
Мутагенездің полимераздық моделі
Осы модельге сәйкес, ДНҚ синтездейтін молекулалардағы кездейсоқ қателер нәтижесінде стихиялық мутациялар пайда болады. Мұндай модельді алғаш рет Бреслер ұсынды. Ол мутациялар полимеразалардың кейбір жағдайларда реттілікке комплементарлы емес нуклеотидтерді енгізуіне байланысты пайда болуын ұсынды.
Жылдар өткен соң, ұзақ сынақтар мен эксперименттерден кейін бұл көзқарас ғылыми әлемде мақұлданып, қабылданды. Тіпті ғалымдарға ДНҚ-ның белгілі бір бөліктерін ультракүлгін сәулеге түсіру арқылы мутацияларды басқаруға және бағыттауға мүмкіндік беретін кейбір заңдылықтар шығарылды. Мәселен, мысалы, аденин көбінесе зақымдалған триплетке қарама-қарсы орналасатыны анықталды.
Мутагенездің таутомерлік үлгісі
Спонтанды және жасанды мутацияларды түсіндіретін тағы бір теорияны Уотсон мен Крик (ДНҚ құрылымын ашушылар) ұсынған. Олар мутагенез кейбір ДНҚ негіздерінің негіздердің байланысу тәсілін өзгертетін таутомерлі формаларға айналу қабілетіне негізделген деп болжады.
Жарияланғаннан кейін гипотеза белсенді түрде әзірленді. Кейіннен нуклеотидтердің жаңа формалары ашылдыоларды ультракүлгін сәулелермен сәулелендіру. Бұл ғалымдарға зерттеуге жаңа мүмкіндіктер берді. Заманауи ғылым стихиялық мутагенездегі таутомерлі формалардың рөлі және оның анықталған мутациялар санына әсері туралы әлі де пікірталас тудыруда.
Басқа үлгілер
ДНҚ-полимеразалар арқылы нуклеин қышқылдарын тануды бұзған кезде спонтанды мутация мүмкін. Полтаев және бірлескен авторлар еншілес ДНҚ молекулаларының синтезінде комплементарлылық принципінің сақталуын қамтамасыз ететін механизмді түсіндірді. Бұл модель өздігінен мутагенездің пайда болу заңдылықтарын зерттеуге мүмкіндік берді. Ғалымдар өздерінің ашылуын ДНҚ құрылымының өзгеруінің негізгі себебі нуклеотидтердің канондық емес жұптарының синтезі болуымен түсіндірді.
Олар негізді алмастыру ДНҚ сегменттерінің дезаминденуі нәтижесінде пайда болады деп болжады. Бұл цитозиннің тиминге немесе урацилге өзгеруіне әкеледі. Осындай мутацияларға байланысты үйлеспейтін нуклеотидтердің жұптары түзіледі. Сондықтан келесі репликация кезінде ауысу орын алады (нуклеотидтік негіздердің нүктелік алмасуы).
Мутациялардың жіктелуі: өздігінен жүретін
Мутациялардың қандай критерий негізінде жатқанына байланысты әртүрлі классификациялары бар. Ген қызметінің өзгеру сипатына қарай бөліну бар:
- гипоморфты (мутацияланған аллельдер аз белоктарды синтездейді, бірақ олар бастапқыға ұқсас);
- аморфты (ген өз функцияларын толығымен жоғалтқан);
- антиморфты (Мутацияланған ген бұл белгіні толығымен өзгертеді, ол білдіреді);- неоморфты (жаңа белгілер пайда болады).
Бірақ барлық мутацияларды айнымалыға пропорционалды түрде бөлетін неғұрлым кең таралған классификацияқұрылым. Бөлек нүкте:
1. Геномдық мутациялар. Оларға полиплоидия, яғни хромосомалардың үш немесе одан да көп жиынтығы бар геномның түзілуі және анеуплоидия, геномдағы хромосома саны гаплоидтық санға еселік емес.
2. Хромосомалық мутациялар. Хромосомалардың жеке бөлімдерінің айтарлықтай қайта құрылуы байқалады. Ақпараттың жоғалуы (делеция), оның екі еселенуі (дупликациясы), нуклеотидтер тізбегінің бағытының өзгеруі (инверсия), сондай-ақ хромосома бөліктерінің басқа жерге ауысуы (транслокация).3. Гендік мутация. Ең жиі кездесетін мутация. ДНҚ тізбегінде бірнеше кездейсоқ азотты негіздер ауыстырылады.
Мутациялардың салдары
Спонтанды мутациялар адам мен жануарларда ісіктердің, сақтау ауруларының, органдар мен тіндердің қызметінің бұзылуының себебі болып табылады. Егер мутацияға ұшыраған жасуша үлкен көп жасушалы организмде орналасса, онда ол апоптозды (жасушаның бағдарламаланған өлімін) қоздыру арқылы жойылады. Дене генетикалық материалды сақтау процесін бақылайды және иммундық жүйенің көмегімен барлық ықтимал зақымдалған жасушалардан құтылады.
Жүздеген мың жағдайлардың бірінде Т-лимфоциттердің зақымдалған құрылымды тануға уақыты болмайды және ол мутацияға ұшыраған генді қамтитын жасушалар клонын тудырады. Жасушалар конгломератының басқа да қызметтері бар, улы заттар шығарады және дененің жалпы жағдайына теріс әсер етеді.
Егер мутация соматикалық емес, жыныс жасушасында болса, онда өзгерістер ұрпақтарда байқалады. Олартуа біткен мүше патологиялары, деформациялар, зат алмасу бұзылыстары және сақтау аурулары арқылы көрінеді.
Спонтанды мутациялар: мағынасы
Кейбір жағдайларда бұрын пайдасыз болып көрінген мутациялар жаңа өмір жағдайларына бейімделу үшін пайдалы болуы мүмкін. Бұл табиғи сұрыпталудың өлшемі ретінде мутацияны білдіреді. Жануарлар, құстар және жәндіктер өздерін жыртқыштардан қорғау үшін олардың мекендеу аймағына сәйкес камуфляж жасайды. Бірақ егер олардың тіршілік ету ортасы өзгерсе, онда мутацияның көмегімен табиғат түрді жойылып кетуден қорғауға тырысады. Жаңа жағдайларда ең мықтылар аман қалады және бұл қабілет басқаларға беріледі.
Мутация геномның белсенді емес аймақтарында болуы мүмкін, содан кейін фенотипте көрінетін өзгерістер байқалмайды. Арнайы зерттеулердің көмегімен ғана «сынуды» анықтауға болады. Бұл туысқан жануарлар түрлерінің шығу тегін зерттеу және олардың генетикалық картасын жасау үшін қажет.
Мутациялардың өздігінен болу мәселесі
Өткен ғасырдың 40-жылдарында мутациялар тек сыртқы факторлардың әсерінен пайда болады және оларға бейімделуге көмектеседі деген теория болды. Бұл теорияны тексеру үшін арнайы сынақ және қайталау әдісі әзірленді.
Процедура пробиркаларға бір түрдегі бактериялардың аздаған мөлшерін себу және бірнеше егуден кейін оларға антибиотиктерді қосудан тұрды. Микроорганизмдердің бір бөлігі тірі қалып, жаңа ортаға ауыстырылды. Әртүрлі түтіктерден алынған бактерияларды салыстыру қарсылықтың пайда болғанын көрсеттіантибиотиктердің әсерінен бұрын да, кейін де өздігінен.
Қайталау әдісі микроорганизмдер жүнді матаға ауыстырылды, содан кейін бір уақытта бірнеше таза медиаға ауыстырылды. Жаңа колониялар өсірілді және антибиотикпен өңделеді. Нәтижесінде ортаның бір бөліктерінде орналасқан бактериялар әртүрлі пробиркаларда аман қалды.
