Mutacije su važan predmet proučavanja za citogenetičare i biokemičare. Upravo su mutacije, genske ili kromosomske, najčešće uzrok nasljednih bolesti. U prirodnim uvjetima, kromosomski preustroj se događa vrlo rijetko. Mutacije uzrokovane kemikalijama, biološkim mutagenima ili fizičkim čimbenicima poput ionizirajućeg zračenja često su uzrok kongenitalnih malformacija i maligniteta.
Opće informacije o mutacijama
Hugh de Vries definirao je mutaciju kao iznenadnu promjenu nasljedne osobine. Taj se fenomen nalazi u genomu svih živih organizama, od bakterija do ljudi. U normalnim uvjetima, mutacije u nukleinskim kiselinama se javljaju vrlo rijetko, s učestalošću od približno 1 10–4 – 1 10–10.
Ovisno o količini genetskog materijala zahvaćenog promjenama, mutacije se dijele na genomske, kromosomske i genske. Genomski su povezani s promjenom broja kromosoma (monosomija, trisomija, tetrasomija); kromosomske su povezane s promjenom strukture pojedincakromosomi (delecije, duplikacije, translokacije); mutacije gena utječu na jedan gen. Ako je mutacija zahvatila samo jedan par nukleotida, onda je to točkasta mutacija.
Ovisno o uzrocima koji su ih izazvali, razlikuju se spontane i inducirane mutacije.
Spontane mutacije
Spontane mutacije nastaju u tijelu pod utjecajem unutarnjih čimbenika. Spontane mutacije smatraju se normalnim, rijetko dovode do ozbiljnih posljedica za tijelo. Najčešće se takva preraspodjela događa unutar istog gena, povezana sa zamjenom baza - purin za drugi purin (prijelaz), ili purin za pirimidin (transverzija).
Značajno rjeđe dolazi do spontanih mutacija u kromosomima. Kromosomske spontane mutacije obično su predstavljene translokacijama (prijenos jednog ili više gena s jednog kromosoma na drugi) i inverzijama (promjene u slijedu gena u kromosomu).
Inducirana preuređivanja
Inducirane mutacije javljaju se u tjelesnim stanicama pod utjecajem kemikalija, zračenja ili materijala za replikaciju virusa. Takve se mutacije pojavljuju češće od spontanih i imaju ozbiljnije posljedice. Utječu na pojedine gene i grupe gena, blokirajući sintezu pojedinačnih proteina. Inducirane mutacije često globalno utječu na genom, upravo pod utjecajem mutagena u stanici se pojavljuju abnormalni kromosomi: izokromosomi, prstenasti kromosomi, dicentrici.
Mutageni, osim kromosomskih preustroja, uzrokuju oštećenje DNK: dvolančani prekidi,formiranje poprečnih veza DNK.
Primjeri kemijskih mutagena
Kemijski mutageni uključuju nitrate, nitrite, analoge dušične baze, dušičnu kiselinu, pesticide, hidroksilamin, neke aditive u hrani.
Dušična kiselina uzrokuje da se amino skupina odcijepi od dušičnih baza i zamijeni drugom grupom. To dovodi do točkastih mutacija. Hidroksilamin također uzrokuje kemijski inducirane mutacije.
Nitrati i nitriti u visokim dozama povećavaju rizik od raka. Neki dodaci prehrani uzrokuju reakcije arilacije nukleinskih kiselina, što dovodi do poremećaja procesa transkripcije i translacije.
Kemijski mutageni su vrlo raznoliki. Često su te tvari koje uzrokuju inducirane mutacije u kromosomima.
Fizički mutageni
Fizički mutageni uključuju ionizirajuće zračenje, prvenstveno kratkovalno, i ultraljubičasto. Ultraljubičasto zračenje pokreće proces peroksidacije lipida u membranama, izaziva stvaranje raznih defekata u DNK.
Rentgensko i gama zračenje izazivaju mutacije na razini kromosoma. Takve stanice nisu sposobne za diobu, umiru tijekom apoptoze. Inducirane mutacije također mogu utjecati na pojedine gene. Na primjer, blokiranje gena supresora tumora dovodi do tumora.
Primjeri induciranih preuređivanja
Primjeri induciranih mutacija su razne genetske bolesti, koje se češće manifestiraju u područjima sklonimizlaganje fizičkom ili kemijskom mutagenom čimbeniku. Posebno je poznato da je u indijskoj državi Kerala, gdje godišnja učinkovita doza ionizirajućeg zračenja 10 puta veća od norme, povećana učestalost rađanja djece s Downovim sindromom (trisomija na 21. kromosomu). U kineskom okrugu Yangjiang, u tlu je pronađena velika količina radioaktivnog monazita. Nestabilni elementi u njegovom sastavu (cerij, torij, uran) se raspadaju s oslobađanjem gama kvanta. Izloženost kratkovalnom zračenju na području županije dovela je do velikog broja rođenja djece sa sindromom mačke koja plače (delecija velikog dijela 8. kromosoma), kao i do povećane incidencije raka. Drugi primjer: u siječnju 1987. u Ukrajini je registriran rekordan broj rođenja djece s Downovim sindromom, povezanih s nesrećom u Černobilu. U prvom tromjesečju trudnoće fetus je najosjetljiviji na djelovanje fizičkih i kemijskih mutagena, pa je kolosalna doza zračenja dovela do povećanja učestalosti kromosomskih anomalija.
Jedan od najzloglasnijih kemijskih mutagena u povijesti je sedativ Thalidomide, proizveden u Njemačkoj 1950-ih. Uzimanje ovog lijeka dovelo je do rođenja mnoge djece s raznim genetskim abnormalnostima.
Znanstvenici obično koriste metodu inducirane mutacije kako bi pronašli najbolji način za borbu protiv autoimunih bolesti i genetskih abnormalnosti povezanih s hipersekrecijom proteina.
