Kusang mutasyon at ang kanilang mga sanhi.

Sa anumang populasyon mayroong mga indibidwal na may kusang mutasyon, i.e. na lumitaw sa hindi malamang dahilan. Anumang gene na may isang dalas o iba pa ay kusang napupunta sa isang mutant state. Halimbawa: Ang dalas ng albinism locus sa mga daga ay 3*10 -5. Ang mga dahilan para sa induction ng mga kusang mutasyon ay hindi malinaw:

1. Matagal nang pinaniniwalaan na ito ay background ng natural na ionizing radiation. Ang mga kalkulasyon para sa mga langaw ng prutas ay nagpakita na ang natural na background radiation ay responsable para sa 0.1% ng mga kusang mutasyon. Bagaman, habang tumataas ang pag-asa sa buhay, naiipon ang epekto ng natural na background. Sa mga tao, mula 0.1 hanggang 4% ng mga kusang mutasyon ay maaaring maiugnay sa natural na background radiation.

2. Ang isa pang dahilan ay maaaring hindi sinasadyang pinsala sa mga chromosome sa panahon ng normal na metabolic process na nagaganap sa cell.

Ipinapalagay na ang mga kusang mutasyon ay maaaring resulta ng mga random na pagkakamali sa paggana ng mga mekanismo ng molekular.

3. Ang mga kusang mutasyon ay maaaring sanhi ng paggalaw ng mga mobile na elemento sa buong genome, na maaaring magpasok sa anumang gene at magdulot ng mutation. 80% ng mga kusang mutasyon ay ganito ang kalikasan.

Kakayahang magbigay ng mutasyon - pagbabago, malakas na naiimpluwensyahan ng genotype. Kahit na sa loob ng parehong species, ang genetically different lines ay maaaring magkaroon ng iba't ibang mutabilities. Ito ay lalo na kapansin-pansin kapag mayroong mutator gene sa linya, na nagpapataas ng dalas ng mga mutation ng gene sa mga indibidwal na nagdadala nito.

Ang mga frequency ay dapat na makilala:

1. populasyon , na katumbas ng dalas ng mutation kung ang mutant ay mabilis na namatay o infertile. Ang mga de novo mutations lamang ang matatagpuan sa populasyon na ito. Kung ang mga mutant ay umalis sa mga supling, dalas ng populasyon = dalas ng mutation + mga segregant.

2. dalas ng mutation.

Sapilitan mutations ay ang proseso ng mutasyon na nagaganap sa ilalim ng direktang pagkilos ng pisikal, kemikal o biyolohikal na mga salik. Pinag-aralan ni Meller noong 1927 ang epekto ng X-ray sa mga proseso ng mutation sa Drosophila. Noong 1930s, natuklasan ang kemikal na mutagenesis. Sakharov, Lobashov at Smirnov ay nagpakita na ang acetic acid at ammonia ay may kakayahang mag-udyok ng mga recessive mutations sa chromosome. Ang ganitong mga kadahilanan ay tinatawag na mutagens o mutagenic factor.

1. pisikal na mutagenesis. Pisikal na mutagens:

- ionizing radiation– wave (X-ray, cosmic rays) at corpuscular (β-particles, protons, neutrons, α-particles)

Ang pagdaan sa buhay na bagay, ang γ at X-ray ay nag-aalis ng mga electron mula sa panlabas na shell ng isang atom o molekula. Samakatuwid, ang mga sisingilin na particle - mga electron - ay sumali sa mga neutral na sisingilin na mga particle. Bilang isang resulta, ang neutral na molekula ay nakakakuha ng isang singil, na humahantong sa karagdagang pagbabago ng mga sangkap. Noong 30s, ipinauna nina Timofeev-Resovsky at Delbrück target na teorya. Ayon sa kung saan, ang mga mutasyon na dulot ng radiation ay dahil sa mga solong pagkilos ng ionization na pumipinsala sa sensitivity ng mga istruktura (target - DNA). Dahil dito, ang dalas ng sapilitan na mutasyon ay nakasalalay sa dosis ng radiation. Hindi mahalaga kung ang dosis ay ibinibigay nang isang beses o sa mga bahagi, kahit na ang epekto ay mas malinaw sa isang solong dosis.

Ang dalas ng mga mutation ng gene at mga menor de edad na muling pagsasaayos ng chromosome na dulot ng ionizing radiation ay direktang proporsyonal sa dosis ng radiation. Ito ay inilalarawan ng equation:

y ay ang kabuuang dalas ng mga naobserbahang mutasyon,

k - dalas ng kusang mutasyon,

α – koepisyent ng proporsyonalidad – ang posibilidad na magkaroon ng mutation sa isang partikular na bagay bilang resulta ng pag-iilaw na may dosis na 1 roentgen.

d - dosis sa roentgens.

Dahil maliit ang k, maaari itong mapabayaan:

Ang katotohanan na ang dalas ng mga mutation ng gene ay nakasalalay nang linear sa dosis ng radiation ay humantong sa pag-aakalang ang bawat mutation ay resulta ng isang solong mutation, ang parehong naaangkop sa maliliit na muling pagsasaayos. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang dalawang break na nagaganap nang malapit sa chromosome ay sanhi ng isang ionization. Kung ito ay totoo, pagkatapos ay para sa malalaking chromosomal rearrangements isang iba't ibang pag-asa sa dosis ng radiation ay dapat sundin. Dahil ang malalaking chromosomal rearrangements ay resulta ng dalawa o higit pang malawak na spaced break, ang dalas ng rearrangements na ito ay dapat na katumbas ng square ng radiation dose. Minsan ito ay totoo, ngunit mas madalas ang dalas ng radiation-induced malalaking rearrangements ay proporsyonal hindi sa parisukat ng dosis, ngunit sa isang mas maliit na halaga. Ang mga dahilan para dito ay hindi malinaw. Ito ay pinaniniwalaan na ito ay dahil sa mga kakaibang mekanismo para sa pagkonekta sa mga dulo ng mga nagresultang mga fragment. O, marahil, ang mga malalaking aberasyon lamang ang nananatili na hindi nakakaapekto sa kakayahang mabuhay ng cell o bahagyang binabawasan ito. Sinasalamin ng target na teorya ang mahahalagang aspeto ng ionizing radiation. Nang maglaon ay natagpuan na ang mga mekanismo ng radiation mutagenesis ay mas kumplikado. Ang radiation ay gumaganap ng isang pangunahing papel sa paglitaw ng mga mutasyon.

May mga katotohanan na nagpapatunay na ang ionizing radiation ay maaaring kumilos nang hindi direkta sa genetic apparatus. Kapag ang mga ionizing particle ay dumadaan sa cytoplasm, bumubuo sila ng mga radical na maaaring tumugon sa mga kemikal na sangkap ng mga chromosome. Ang mga libreng radikal, na nabuo bilang isang resulta ng radiolysis ng tubig, ay may malaking kahalagahan.

H + OH = H 2 O

OH + OH = H 2 O 2

Ang isa pang patunay ng hindi direktang impluwensya ay ang mga eksperimento na nagpakita na ang pag-iilaw ng isang likidong nutrient medium ay ginagawa itong mutagenic para sa bakterya na inilagay dito. Ito ay ang mga libreng radical ng peroxide na kumikilos. Kung ito ay nangyayari sa isang mayaman sa oxygen na kapaligiran, kung gayon ang bilang ng mga mutasyon ay mas malaki kaysa sa isang mahinang oxygen na kapaligiran o sa isang hindi gumagalaw na kapaligiran ng gas. Ito ay pinaniniwalaan na sa pagkakaroon ng oxygen, pinatataas ng pag-iilaw ang pagbuo ng hydrogen peroxide. Ang pagtaas sa dalas ng mga mutasyon na may pagtaas ng dosis ay umabot sa ilang partikular na limitasyon, kung saan bumababa ang dalas ng mga natukoy na mutasyon. Ito ay ipinaliwanag:

Sa napakataas na dosis, ang pinsala sa mga gene at chromosome ay umabot sa punto na ang mga cell ay hindi mabubuhay.

Kung ang mga selula ng mikrobyo ay nasira at may kakayahang makilahok sa pagpapabunga, kung gayon ang zygote ay namatay dahil sa matinding paglabag sa genetic apparatus - ito ay nangingibabaw na lethality. Dahil dito, ang mutation ay namamatay kasama ng organismo. Nangangahulugan ito na ang dalas ng mga mutasyon sa mga natukoy na inapo ng mga indibidwal na na-irradiated ay bumababa.

Pinapataas ng ionizing radiation ang dalas ng mga muling pagsasaayos ng chromosome sa mas malaking lawak kaysa sa dalas ng genetic mutations. hindi lahat ng pinsala sa genetic apparatus na dulot ng radiation ay nangyayari sa anyo ng mutations. marami sa kanila ay naitama ng reparative enzyme system. Ang phenomenon ng repair ay natuklasan sa panahon ng induction ng malalaking chromosomal rearrangements sa panahon ng fractionated radiation.

Ang mutational effect ng radiation ay tinutukoy ng kabuuan ng mga bahagi ng radiation at hindi nakadepende sa fractionation. Totoo ito para sa mga menor de edad na muling pagtatayo, ngunit hindi para sa mga pangunahing muling pagtatayo na nangangailangan ng 2 o higit pang mga break point.

1. Kung ang buong dosis ay ibinibigay nang sabay-sabay, kung gayon ang mga mitotic na dulo ng mga sirang chromosome ay sabay-sabay na naroroon sa mga selula. Ang mga dulo ay maaaring pagsamahin sa anumang kumbinasyon - pagbabaligtad, pagsasalin at pagtanggal.

2. Kung ang dosis ay ibinibigay sa maraming dosis, ang ilan sa mga naunang nagaganap na pagbabago ay may oras na maibalik bago ang epekto ng bagong bahagi.

Bilang resulta ng pagsasama-sama ng mga dosis, at nahahati sa mga fraction ay nagbibigay ng mas maliit na mutasyon. Ang parehong resulta: kung maikli, mataas na intensity radiation ay papalitan ng isang kaparehong dosis pinalawig sa paglipas ng panahon, ngunit hindi gaanong matindi.

- Malakas na ionizing radiation(ultraviolet) – mas mahabang wavelength at mas mababang enerhiya.

Ang mga sinag ng UV ay hindi nag-ionize ng mga atomo, kaya ang paggulo ng kanilang shell, kaya iba't ibang mga kemikal na reaksyon sa mga cell na ito at, => mutations.

Ang mutagenic properties ng UV rays ay depende sa wavelength. Ang pinaka mutagenic na may wavelength = 260 nm. At mas maikli ang wavelength, mas mababa ang mutagenic properties. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang DNA ay sumisipsip ng UV rays na may wavelength na 260 nm. Ang kakayahang tumagos ng UV ay mababa, => walang epekto sa mga selula ng mikrobyo, at lumilitaw ang mga katangian ng mutagenic sa mas mababang mga organismo. Sa mga tao ito ay nakakaapekto sa balat.

- Temperatura. Nakakaapekto sa mga ang temperatura ng katawan ay nakasalalay sa kapaligiran. Ang bawat 10° na pagtaas ng temperatura ay nagpapataas ng dalas ng mga mutasyon ng 3-5 beses. Sa kasong ito, nangyayari ang mga mutation ng gene. Maaaring mangyari ang mga muling pagsasaayos ng chromosome sa ganitong paraan kapag lumalapit sa itaas na limitasyon ng pagpapaubaya.

2. kemikal na mutagens:

2.1. mga alkylating compound, ibig sabihin. mataas na aktibong mga sangkap na nagdadala ng mga pangkat ng alkyl (mga libreng radikal). Halimbawa: dimethyl sulfate, mustard gas, diethyl sulfate (ang ilan sa mga ito ay supermutagens).

2.2. mga sangkap na katulad ng kemikal na istraktura sa ACO, na kasama sa Tax Code. Halimbawa: 2-aminopurine, caffeine.

2.3. acridine dyes. Halimbawa: proflavin.

2.4. isang koleksyon ng mga sangkap na ang mga katangian ng mutagenic ay pinag-aralan nang mabuti, ngunit naiiba sa istraktura at molekular na mekanismo ng pagkilos. Halimbawa: nitrous acid, hydrogen peroxide, urethane, formaldehyde.

Mga tampok ng chemical mutagenesis

1. walang direktang relasyon

2. magkaroon ng threshold effect

3. pagtitiyak ng mga epekto sa iba't ibang mga tisyu

4. Ang bawat kemikal na mutagen ay may sariling mutation spectrum.

5. Ang mga kemikal na mutagen ay nailalarawan sa pamamagitan ng paglitaw ng mga chromatid aberrations

6. para sa kemikal na mutagenesis, ang isang naantala (matagal) na epekto ay nabanggit, i.e. hindi pagkatapos ng pagkakalantad, ngunit pagkatapos ng 2-3 henerasyon ng cell, ang mga dahilan para dito ay hindi malinaw.

7. panrehiyong pagtitiyak. Ang heterochromatin ay mas madaling kapitan ng pinsala kaysa sa euchromatin.

8. Ang pinagsamang epekto ng ilang aktibong mutagens ay hindi palaging additive.

40. Numerical mutations: polyploidies, aneuploidies, ang kanilang mga sanhi, mga mekanismo ng pagbuo.

Ang pagbabago sa bilang ng mga chromosome kapag ang mga cell ay naglalaman ng higit sa dalawang haploid set ay polyploidy (1910 Stasburger). Ang isang haploid set ng mga chromosome ay isa kung saan isang chromosome lamang ang naroroon mula sa bawat pares ng mga homolog. Ang genome ay isang haploid set. Ang mga sanhi ng polyploidy ay maaaring:

1. pagpaparami ng mga chromosome sa isang hindi naghahati na selula,

2. pagsasanib ng mga somatic cells o kanilang nuclei,

3. pagkagambala ng meiosis, na humahantong sa pagbuo ng mga gametes na may hindi nabawasang bilang ng mga chromosome.

Ang mga polyploid kung saan ang parehong hanay ng mga chromosome ay paulit-ulit nang maraming beses ay tinatawag autopolyploids , o autopolyploids . Kaya, sa panahon ng ebolusyon, maraming uri ng halaman ang nabuo. Ang mga polyploid na nagmula sa interspecific hybrids at samakatuwid ay naglalaman ng ilang pag-uulit ng dalawang magkaibang set ng chromosome ay tinatawag mga aneuploid . Pagbabago sa bilang ng mga indibidwal na chromosome - aneuploidy , ang sanhi nito ay ang nondisjunction ng mga indibidwal na chromosome sa meiosis.

2n-1 – monosomy,

2n+1 – trisomy,

2n+2 – tetrasomy.

Sa mga halaman, ang mga ganitong variant ay madalas na mabubuhay. Sa mga hayop, ang mga aneuploid sa mga sex chromosome ay mabubuhay. Sa mga tao, ang mga aneuploid sa sex chromosome ay mabubuhay, gayundin ang trisomies 21, 13, 18 (Edwards's). Sa lahat ng iba pang chromosome, ang aneuploidies ay nakamamatay.

Kusang- Ito ay mga mutasyon na kusang nangyayari, nang walang interbensyon mula sa eksperimento.

Sapilitan– ito ang mga mutation na dulot ng artipisyal, gamit ang iba't ibang salik mutagenesis.

Sa pangkalahatan, ang proseso ng pagbuo ng mutation ay tinatawag mutagenesis, at ang mga salik na nagdudulot ng mutasyon ay mutagens.

Mutagenic na mga kadahilanan ay nahahati sa pisikal,kemikal At biyolohikal.

Spontaneous mutation rate bumubuo ng isang gene, para sa bawat gene ng bawat organismo ito ay naiiba.

Mga sanhi ng kusang mutasyon hindi lubos na malinaw. Dati ay inakala nilang sanhi ng natural na background ng ionizing radiation. Gayunpaman, lumabas na hindi ito ang kaso. Halimbawa, sa Drosophila, ang natural na background radiation ay nagdudulot ng hindi hihigit sa 0.1% ng mga kusang mutasyon.

SA edad ang mga kahihinatnan mula sa pagkakalantad sa natural na background radiation ay maaaring makaipon, at sa mga tao, 10 hanggang 25% ng mga kusang mutasyon ay dahil dito.

Pangalawang dahilan kusang mutasyon ay aksidenteng pinsala sa mga chromosome at gene sa panahon ng cell division at DNA replication dahil sa mga random na error sa paggana ng mga mekanismo ng molekular.

Ang pangatlong dahilan kusang mutasyon ay gumagalaw sa pamamagitan ng genome mga elemento ng mobile, na maaaring sumalakay sa anumang gene at magdulot ng mutation dito.

Ipinakita ng American geneticist na si M. Green na humigit-kumulang 80% ng mga mutasyon na natuklasan bilang kusang lumitaw bilang resulta ng paggalaw ng mga elemento ng mobile.

Sapilitan mutations unang natuklasan noong 1925. GA. Nadson At G.S. Filippov sa USSR. Pina-irradiated nila ang mga kultura ng amag gamit ang X-ray. Mucorgenevensis at tumanggap ng paghahati ng kultura “sa dalawang anyo o lahi, hindi lamang naiiba sa isa’t isa, kundi pati na rin sa orihinal (normal) na anyo.” Ang mga mutant ay naging matatag, dahil pagkatapos ng walong sunud-sunod na subcultures ay pinanatili nila ang kanilang mga nakuhang ari-arian. Ang kanilang artikulo ay nai-publish lamang sa Russian, at ang gawain ay hindi gumamit ng anumang mga pamamaraan para sa quantitatively na pagtatasa ng epekto ng X-ray, kaya ito ay nanatiling maliit na napansin.

SA 1927 G. G. Möller iniulat ang epekto ng X-ray sa proseso ng mutation sa Drosophila at iminungkahi quantitative na pamamaraan accounting para sa recessive lethal mutations sa X chromosome ( ClB), na naging isang klasiko.

Noong 1946, ginawaran si Möller ng Nobel Prize para sa pagtuklas ng radiation mutagenesis. Ito ay ngayon ay itinatag na halos lahat ng uri ng radiation(kabilang ang ionizing radiation ng lahat ng uri - , , ; UV rays, infrared rays) ay nagdudulot ng mutasyon. Tinawag sila pisikal na mutagens.

Basicmga mekanismo kanilang mga aksyon:

1) pagkagambala ng istraktura ng mga gene at chromosome dahil sa direktang aksyon sa mga molekula ng DNA at protina;

2) edukasyon mga libreng radical, na pumapasok sa pakikipag-ugnayan ng kemikal sa DNA;

3) thread break mga spindle;

4) edukasyon dimer(thymine).

Noong 30s ay binuksan kemikal na mutagenesis sa Drosophila: V.V. Sakharov (1932 ), M. E. Lobashev At F. A. Smirnov (1934 ) ay nagpakita na ang ilang mga compound tulad ng yodo, acetic acid, ammonia, ay may kakayahang mag-udyok ng recessive lethal mutations sa X chromosome.

SA 1939 G. Sergei Mikhailovich Gershenzon(mag-aaral ng S.S. Chetverikov) ay nakatuklas ng isang malakas mutagenic effect ng exogenous DNA sa Drosophila. Sa ilalim ng impluwensya ng mga ideya ng N.K. Koltsov na ang chromosome ay isang higanteng molekula, S.M. Nagpasya si Gershenzon na subukan ang kanyang palagay na ang DNA ay isang molekula. Inihiwalay niya ang DNA mula sa thymus at idinagdag ito sa pagkain ng Drosophila larvae. Sa 15 libong control flies (i.e., walang DNA sa pagkain) ay walang isang mutation, at sa eksperimento, 13 mutant ang natagpuan sa 13 libong langaw.

SA 1941 Charlotte Auerbach At J. Robson Ipinakita nitrogen mustasa ay nagpapahiwatig ng mga mutasyon sa Drosophila. Ang mga resulta ng trabaho kasama ang ahente ng pakikidigmang kemikal na ito ay nai-publish lamang noong 1946, pagkatapos ng World War II. Sa parehong 1946 G. Rapoport(Joseph Abramovich) sa USSR ay nagpakita ng mutagenic na aktibidad formaldehyde.

Sa kasalukuyan sa mga kemikal na mutagens isama ang:

A) natural organic at inorganic na mga sangkap;

b) mga produktong pang-industriya pagproseso ng mga likas na compound- karbon, langis;

V) mga sintetikong sangkap, dati ay hindi natagpuan sa kalikasan (pestisidyo, pamatay-insekto, atbp.);

d) ilan mga metabolite katawan ng tao at hayop.

Mga kemikal na mutagens pangunahing dahilan genetic mutasyon at kumikilos sa panahon ng pagtitiklop ng DNA.

Mga mekanismo ng kanilang pagkilos:

1) pagbabago ng base na istraktura (hydroxylation, deamination, alkylation);

2) pagpapalit ng mga nitrogenous base sa kanilang mga analogue;

3) pagsugpo ng synthesis ng nucleic acid precursors.

Sa mga nagdaang taon, tinatawag na supermutagens:

1)base analogues;

2) mga koneksyon, DNA alkylating(ethyl methanesulfonate, methyl methanesulfonate, atbp.);

3) mga koneksyon, intercaling sa pagitan ng mga base ng DNA (acridines at ang kanilang mga derivatives).

Pinapataas ng mga supermutages ang dalas ng mga mutasyon ng 2-3 order ng magnitude.

SA biological mutagens iugnay:

A) mga virus(rubella, tigdas, atbp.);

b) mga non-viral infectious agent(bakterya, rickettsia, protozoa, helminths);

V) mobile geneticmga elemento.

Mga mekanismo ng kanilang pagkilos:

1) ang mga genome ng mga virus at mga elemento ng mobile ay isinama sa DNA ng mga host cell;

Sapilitan mutagenesis , simula sa huling bahagi ng 20s ng 20th century, ay ginamit para sa pagpili ng mga bagong strain, breed at varieties. Ang pinakamalaking tagumpay ay nakamit sa pagpili ng mga strain ng bacteria at fungi na gumagawa ng mga antibiotic at iba pang biologically active substances.

Kaya, nagawa naming dagdagan ang aktibidad mga gumagawa ng antibiotic sa pamamagitan ng 10-20 beses, na naging posible upang makabuluhang taasan ang produksyon ng mga naaangkop na antibiotics at makabuluhang bawasan ang kanilang gastos. Aktibidad ng nagliliwanag na kabute - tagagawa ng bitamina B 12 pinamamahalaang upang madagdagan ng 6 na beses, at ang aktibidad ng bakterya - producer amino acids lysine- 300-400 beses.

Paggamit ng Mutations dwarfism sa trigo pinahintulutan noong 60-70s na tumaas nang husto ang ani ng mga pananim na butil, na tinawag na " berdeng rebolusyon" Ang mga dwarf na uri ng trigo ay may pinaikling makapal na tangkay na lumalaban sa tirahan; Ang paggamit ng mga varieties na ito ay naging posible upang makabuluhang taasan ang mga ani (ilang beses sa ilang mga bansa).

Ang isang American breeder at geneticist ay itinuturing na may-akda ng "green revolution" N. Borlauga, na noong 1944, sa edad na 30, ay nanirahan at nagsimulang magtrabaho sa Mexico. Para sa kanyang tagumpay sa pagpaparami ng mataas na produktibong uri ng halaman, siya ay iginawad sa Nobel Peace Prize noong 1970.

Kusang - Ito ay mga mutasyon na kusang nangyayari, nang walang interbensyon mula sa eksperimento.

Sapilitan – ito ang mga mutasyon na dulot ng artipisyal, gamit ang iba't ibang salik ng mutagenesis.

Ang proseso ng pagbuo ng mutation ay tinatawag mutagenesis, at ang mga salik na nagdudulot ng mutasyon ay mutagens.

Ang mga mutagenic na kadahilanan ay nahahati sa:

pisikal,
kemikal,
biyolohikal.

Mga sanhi ng kusang mutasyon hindi lubos na malinaw. Noong nakaraan, pinaniniwalaan na ang mga ito ay sanhi ng isang natural na background ng ionizing radiation. Gayunpaman, lumabas na hindi ito ang kaso. Halimbawa, sa Drosophila, ang natural na background radiation ay nagdudulot ng hindi hihigit sa 0.1% ng mga kusang mutasyon. Sa edad, ang mga epekto ng pagkakalantad sa natural na background radiation ay maaaring maipon, at sa mga tao, 10 hanggang 25% ng mga kusang mutasyon ay nauugnay dito.

Ang pangalawang dahilan para sa kusang mutasyon ay aksidenteng pinsala sa mga chromosome at gene sa panahon ng paghahati ng cell at pagtitiklop ng DNA dahil sa mga random na pagkakamali sa paggana ng mga mekanismo ng molekular.

Ang ikatlong dahilan para sa kusang mutasyon ay paggalaw ng mga transposable na elemento sa buong genome, na maaaring sumalakay sa anumang gene at magdulot ng mutation dito.

Ipinakita ng American geneticist na si M. Green na humigit-kumulang 80% ng mga mutasyon na natuklasan bilang kusang lumitaw bilang resulta ng paggalaw ng mga elemento ng mobile.

Sapilitan mutations unang natuklasan noong 1925 ni G.A. Nadson at G.S. Filippov sa USSR. Pina-irradiated nila ang mga kultura ng fungi ng amag na Mucor genevensis gamit ang X-ray at nakuha ang paghahati ng kultura "sa dalawang anyo o lahi, hindi lamang naiiba sa isa't isa, kundi pati na rin sa orihinal (normal) na anyo." Ang mga mutant ay naging matatag, dahil pagkatapos ng walong sunud-sunod na subcultures ay pinanatili nila ang kanilang mga nakuhang ari-arian.

Noong 1927, iniulat ni G. Möller ang epekto ng X-ray sa proseso ng mutation sa Drosophila at iminungkahi ang isang quantitative method para sa accounting para sa recessive lethal mutations sa X chromosome (ClB), na naging isang klasikong paraan.

Noong 1946, ginawaran si Möller ng Nobel Prize para sa pagtuklas ng radiation mutagenesis.

Napagtibay na ngayon na halos lahat ng uri ng radiation (kabilang ang ionizing radiation ng lahat ng uri - a, b, g; UV rays, infrared rays) ay nagdudulot ng mutasyon. Tinawag sila pisikal na mutagens.

Ang mga pangunahing mekanismo ng kanilang pagkilos:

pagkagambala sa istraktura ng mga gene at chromosome dahil sa direktang epekto sa mga molekula ng DNA at protina;
ang pagbuo ng mga libreng radikal na nakikipag-ugnayan sa kemikal sa DNA;
mga ruptures ng spindle filament;
pagbuo ng mga dimer (thymine).

SA mga kemikal na mutagens isama ang:

natural na organiko at di-organikong mga sangkap;
mga produkto ng pang-industriya na pagproseso ng mga natural na compound - karbon, langis;
mga sintetikong sangkap na hindi pa nakikita sa kalikasan (pestisidyo, pamatay-insekto, atbp.);
ilang mga metabolite ng katawan ng tao at hayop.

Ang mga kemikal na mutagen ay nagdudulot ng karamihan sa mga mutation ng gene at kumikilos sa panahon ng pagtitiklop ng DNA.

Ang kanilang mga mekanismo ng pagkilos:

pagbabago ng base na istraktura (hydroxylation, deamination, alkylation);
pagpapalit ng mga nitrogenous base sa kanilang mga analogue;
pagsugpo ng synthesis ng nucleic acid precursors.

SA biological mutagens iugnay:

mga virus (rubella, tigdas, atbp.);
non-viral infectious agents (bakterya, rickettsia, protozoa, helminths);
mga mobile genetic na elemento.

Ang kanilang mga mekanismo ng pagkilos:

Sapilitan mutagenesis, simula sa huling bahagi ng 20s ng 20th century, ay ginamit para sa pagpili ng mga bagong strain, breed at varieties. Ang pinakamalaking tagumpay ay nakamit sa pagpili ng mga strain ng bacteria at fungi na gumagawa ng mga antibiotic at iba pang biologically active substances.

Kaya, posible na madagdagan ang aktibidad ng mga producer ng antibyotiko sa pamamagitan ng 10-20 beses, na naging posible upang makabuluhang taasan ang produksyon ng mga kaukulang antibiotics at makabuluhang bawasan ang kanilang gastos.

Ang paggamit ng dwarf mutations sa trigo ay naging posible noong 60-70s upang kapansin-pansing mapataas ang ani ng mga pananim na butil, na tinawag na "berdeng rebolusyon". Ang mga dwarf na uri ng trigo ay may pinaikling makapal na tangkay na lumalaban sa tirahan; Ang paggamit ng mga varieties na ito ay naging posible upang makabuluhang taasan ang mga ani (ilang beses sa ilang mga bansa).

Gene (point) mutations nauugnay sa medyo maliit na pagbabago sa mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide. Ang mga mutation ng gene ay nahahati sa mga pagbabago sa mga structural genes at mga pagbabago sa mga regulatory genes.

Sa unang pagkakataon, ang isang pagtaas sa dalas ng namamana na pagkakaiba-iba sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na ahente ay natuklasan noong 1925 ng mga microbiologist ng Sobyet na G.A. Nadson at G.S. Filippov. Napansin nila ang pagtaas sa pagkakaiba-iba ng mga namamana na anyo - salypants- pagkatapos ng pagkakalantad sa "radium rays" sa mas mababang fungi.

Noong 1927, iniulat ni G. Möller ang epekto ng X-ray sa proseso ng mutation sa Drosophila. Ang ilang mga compound (iodine, acetic acid, ammonia) ay may kakayahang mag-udyok ng mga recessive na lethal sa L chromosome Noong 1939, natuklasan ni S.M. Gershenzon ang malakas na mutagenic na epekto ng exogenous na DNA sa Drosophila. sa USSR at S. Auerbach at J. Robson (nitrogen mustard) sa England.

Simula noon, ang arsenal ng mutagenic na mga kadahilanan ay may kasamang iba't ibang mga kemikal na compound: mga analogue ng mga base na direktang isinama sa DNA, mga ahente tulad ng nitrous acid o hydroxylamine, pagbabago ng mga base, mga compound na alkylate DNA (ethyl methanesulfonate, methyl methanesulfonate, atbp. ), mga compound na nag-intercalate sa pagitan ng mga base ng DNA (acridines at mga derivatives nito), atbp.

Kasama ng mutagens, natagpuan ang mga antimutagen substance.

Ang kakayahang baguhin ang rate ng proseso ng mutation ay nagsilbing isang mapagpasyang insentibo upang ipaliwanag ang mga sanhi ng kusang mutasyon. Ang isa sa mga unang pagtatangka upang ipaliwanag ang mga sanhi ng kusang mutasyon ay dumating sa palagay na sila ay aktwal na sapilitan ng isang natural na background ng radyaktibidad. Gayunpaman, lumabas na ang ganitong paraan ay maaaring ipaliwanag ang paglitaw ng halos 0.1% lamang ng lahat ng kusang mutasyon sa Drosophila. Hindi rin nakumpirma ang hypothesis tungkol sa thermal movement ng mga atoms bilang pangunahing sanhi ng spontaneous mutations. May mga pagtatangka na ipaliwanag ang mga kusang mutasyon bilang resulta ng pagkilos ng mga produktong metabolic ng cell at organismo.

Ang modernong pananaw sa mga sanhi ng kusang mutasyon ay nabuo noong 1960s. salamat sa pag-aaral ng mga mekanismo ng pagpaparami, pagkumpuni at recombination ng mga gene at ang pagtuklas ng mga sistema ng enzyme na responsable para sa mga prosesong ito. Nagkaroon ng posibilidad na ipaliwanag ang mga gene mutations bilang mga error sa paggana ng DNA template enzymes. Ang hypothesis na ito ay karaniwang tinatanggap na ngayon. Ang pagiging kaakit-akit ng hypothesis ay nakasalalay din sa katotohanan na pinapayagan tayong isaalang-alang ang sapilitan na proseso ng mutation bilang isang resulta ng interbensyon ng mga panlabas na kadahilanan sa normal na pagpaparami ng mga carrier ng genetic na impormasyon, i.e. nagbibigay ito ng isang pinag-isang paliwanag ng mga sanhi ng kusang at sapilitan mutations. Ang pag-unlad ng teorya ng proseso ng mutation ay lubhang naiimpluwensyahan ng pag-aaral ng genetic control nito. Natuklasan ang mga gene na ang mga mutasyon ay maaaring tumaas o mabawasan ang dalas ng parehong kusang at sapilitan na mga mutasyon. Kaya, ang pagkakaroon ng mga karaniwang sanhi ng sapilitan at kusang mga proseso ng mutation ay nakumpirma.

Ang unang paliwanag ng mekanismo ng mga pagbabago sa mutational (gene mutations at chromosomal aberrations) ay iminungkahi noong 1935 ni N.V. Timofeev-Resovsky, K. Zimmer at M. Delbrück batay sa isang pagsusuri ng radiation mutagenesis sa mas mataas na mga organismo, lalo na sa Drosophila. Itinuring ang mutation bilang resulta ng isang agarang muling pagsasaayos ng mga atomo sa isang komplikadong molekula ng gene. Ang dahilan para sa naturang restructuring ay itinuturing na ang direktang pagpasok ng isang quantum o ionizing particle sa gene (ang prinsipyo ng pagpasok) o random vibrations ng atoms. Ang kasunod na pagtuklas ng epekto ng mga kahihinatnan ng ionizing radiation ay nagpakita na ang mga mutasyon ay lumitaw bilang isang resulta ng isang proseso na tumatagal sa paglipas ng panahon, at hindi direkta sa sandali ng pagpasa ng isang enerhiya quantum o ionizing particle sa pamamagitan ng isang gene.

Ang mga mutasyon, bilang karagdagan sa kanilang mga katangian ng husay, ay nailalarawan din sa paraan ng kanilang paglitaw. Spontaneous (random) - mga mutasyon na nangyayari sa ilalim ng normal na kondisyon ng pamumuhay. Ang kusang proseso ay nakasalalay sa panlabas at panloob na mga kadahilanan (biological, kemikal, pisikal). Ang mga kusang mutasyon ay nangyayari sa mga tao sa somatic at generative tissues. Ang pamamaraan para sa pagtukoy ng mga kusang mutasyon ay batay sa katotohanan na ang mga bata ay bumuo ng isang nangingibabaw na katangian, kahit na ang kanilang mga magulang ay wala nito. Ipinakita ng isang pag-aaral sa Denmark na humigit-kumulang isa sa 24,000 gametes ang nagdadala ng dominanteng mutation. Kinakalkula ng siyentipiko na si Haldane ang average na posibilidad ng paglitaw ng mga kusang mutasyon, na naging katumbas ng 5 * 10 -5 bawat henerasyon. Ang isa pang siyentipiko, si Kurt Brown, ay nagmungkahi ng isang direktang paraan para sa pagtantya ng gayong mga mutasyon, ibig sabihin, paghahati ng bilang ng mga mutasyon sa dalawang beses sa bilang ng mga indibidwal na napagmasdan.

Sapilitan mutations

Ang induced mutagenesis ay ang artipisyal na paggawa ng mga mutasyon gamit ang mutagens ng iba't ibang kalikasan. Ang kakayahan ng ionizing radiation na magdulot ng mutations ay unang natuklasan ni G.A. Nadson at G.S. Fillipov. Pagkatapos, sa pamamagitan ng malawak na pananaliksik, ang radiobiological dependence ng mga mutasyon ay naitatag. Noong 1927, pinatunayan ng Amerikanong siyentipiko na si Joseph Muller na ang dalas ng mga mutasyon ay tumataas sa pagtaas ng dosis ng pagkakalantad. Sa pagtatapos ng apatnapu't, natuklasan ang pagkakaroon ng mga makapangyarihang kemikal na mutagens na nagdulot ng malubhang pinsala sa DNA ng tao para sa isang bilang ng mga virus. Ang isang halimbawa ng epekto ng mutagens sa mga tao ay endomitosis - chromosome duplication na sinusundan ng centromere division, ngunit walang chromosome divergence.

Ang proseso ng mutation ay ang pangunahing pinagmumulan ng mga pagbabago na humahantong sa iba't ibang mga pathologies. Ang mga gawain ng agham para sa malapit na hinaharap ay tinukoy bilang pagbabawas ng genetic load sa pamamagitan ng pagpigil o pagbabawas ng posibilidad ng mutasyon at pag-aalis ng mga pagbabago na lumitaw sa DNA gamit ang genetic engineering. Ang genetic engineering ay isang bagong direksyon sa molecular biology na lumitaw kamakailan, na sa hinaharap ay maaaring maging mutasyon upang makinabang ang mga tao, lalo na, ang epektibong labanan ang mga virus. Mayroon nang mga sangkap na tinatawag na antimutagens na humahantong sa pagpapahina ng rate ng mutation. Ang mga tagumpay ng modernong genetika ay ginagamit sa pagsusuri, pag-iwas at paggamot ng isang bilang ng mga namamana na pathology. Kaya, noong 1997, nakuha ang recombinative DNA sa USA. Sa tulong ng genetic engineering, ang mga artipisyal na gene para sa insulin, interferon at iba pang mga sangkap ay naitayo na.