ОСНОВНЫЕ  ПРИЧИНЫ  ГЕННЫХ  МУТАЦИЙ  НА  СОВРЕМЕННОМ  ЭТАПЕ

Пылайкина  Владлена  Владиславовна

Никонова  Анна  Валерьевна

студенты  1  курса,  кафедра  стоматологии  ПГУ,  РФ,  г.  Пенза

E-mail:  p-vladlena@mail.ru;  anyanikonova@mail.ru

Салдаев  Дамир  Абесович

научный  руководитель,  канд.  биол.  наук,  доцент  ПГУ,  РФ,  г.  Пенза

Генетика  —  это  биологическая  наука  о  наследственности  и  изменчивости  организмов  и  методах  управления  ими.  Она  является  научной  базой  для  разработки  методов  селекции,  для  создания  новых  пород  животных,  видов  растений  и  т.  д.

Крупные  открытия  современной  генетики  обусловлены  способностью  генов  к  перестройке  или  другими  словами,  организмы  способны  мутировать.

Генные  мутации  —  нарушения  последовательности  нуклеотидов  [1].

В  наше  время  ученые  обнаружили  главные  факторы,  приводящие  к  мутациям  —  мутагены.  Известно,  что  мутации  вызываются  условиями,  в  которых  находится  организм:  его  питанием,  температурным  режимом  и  т.  д.  или  действием  таких  факторов,  как  некоторыми  химическими  веществами  или  радиоактивными  элементами.  Наиболее  опасным  мутагеном  являются  вирусы.

Последствия  мутаций  могут  быть  различными.  Мутации  бывают  как  летальными,  так  сублетальными,  а  так  же  нейтральными  и  витальными.  Бывают  настолько  сильные  мутации,  что  организм  погибает  от  них.  В  этом  случае  речь  идет  о  летальных  мутациях  [3].

Организмы  погибают  при  наличии  любых  летальных  генов  на  всех  стадиях  своего  развития.  Чаще  всего,  губительное  действие  таких  генов  рецессивно:  проявляется  только  тогда,  когда  они  находятся  в  гомозиготном  состоянии.  Организм  гибнет,  не  оставляя  после  себя  потомства,  если  возникает  мутация  с  доминирующим  летальным  действием  [7].

Сублетальные  гены  уменьшают  жизнеспособность  организма,  нейтральные  не  влияют  на  его  жизненные  функции,  а  витальные  относятся  к  полезным  мутациям.

Также  различают  спонтанные  и  индуцированные  мутации.  Спонтанные  мутации  проявляются  в  течение  всей  жизни  организма  случайно  в  нормальных  условиях  окружающей  среды.

Индуцированные  мутации  —  наследуемые  изменения  генома,  которые  возникают  в  результате  различных  мутаций  в  искусственных  условиях  или  при  неблагоприятных  воздействиях  окружающей  среды.

Мутации  возникают  постоянно,  из-за  процессов,  происходящих  в  живой  клетке.  Основные  процессы,  которые  приводят  к  возникновению  мутаций  —  нарушения  репарации  ДНК  при  репликации,  транскрипции,  а  также  генетическая  рекомбинация  [7].

Связь  мутаций  с  репликацией  ДНК.  Большинство  случайных  химических  изменений  нуклеотидов  ведут  к  мутациям,  возникающих  при  репликации.  На  данный  момент  установлено,  что  одной  из  причин  тромбофилии  является  Лейденская  мутация  гена  V  фактора  свертывания  крови,  которая  характеризуется  заменой  нуклеотида  гуанина  на  нуклеотид  аденин  в  позиции  1691.  Это  приводит  к  замене  аминокислоты  аргинина  на  аминокислоту  глутамин  в  позиции  506  в  белковой  цепи,  являющейся  продуктом  этого  гена.  Эта  мутация  участвует  в  патогенезе  острого  тромбоза  глубоких  вен  нижних  конечностей  [9].  Развитие  тромбофилии  может  приводить  к  развитию  тромбозов  сосудистого  русла  почек  на  любом  его  участке,  включая  формирование  инфаркта  почки  и  тромботической  микроангиопатии  [11].  Это  является  серьезной  проблемой  современной  детской  нефрологии.

Связь  мутаций  с  рекомбинацией  ДНК.  Неравный  кроссинговер  часто  приводит  к  мутациям.  Он  происходит  обычно  тогда,  когда  в  хромосоме  имеется  несколько  дуплицированных  копий  исходного  гена,  которые  сохранили  похожую  последовательность  нуклеотидов.  В  результате  неравного  кроссинговера  в  одной  из  рекомбинантных  хромосом  происходит  дупликация,  а  в  другой  —  делеция  [5].

Связь  мутаций  с  репарацией  ДНК.  Спонтанные  повреждения  ДНК  также  очень  часто  встречаются.  Для  устранения  последствий  таких  повреждений  имеются  специальные  репарационные  механизмы  (например,  ошибочный  участок  ДНК  вырезается  и  на  этом  месте  восстанавливается  исходный).  Мутации  возникают,  когда  репарационный  механизм  по  каким-то  причинам  не  работает  или  не  справляется  с  устранением  повреждений  [5].  Следствием  нарушений  репарации  ДНК  является  тяжелое  наследственное  заболевание  —  прогерия  [4].

Генные  мутации  репарации  приводят  к  многократному  изменению  частоты  мутирования  других  генов.  В  1964  Ф.  Ханавальт  и  Д.  Петиджон  доказали,  что  мутации  генов  многих  ферментов  системы  эксцизионной  репарации  приводят  к  резкому  повышению  частоты  соматических  мутаций  у  человека,  а  это  приводит  к  развитию  пигментной  ксеродермы  и  злокачественных  опухолей  покровов. 

Мутагенные  факторы  среды  в  наше  время  хорошо  изучены  исследователями.  На  данный  момент  учёные  выделяют  три  основные  группы  факторов:  физические,  химические  и  биологические.  Физические  факторы  —  ионизирующее  излечение,  ультрафиолет  солнечных  лучей,  естественный  радиационный  фон  земли.  Химические  факторы  (мутагены)  —  иприт,  пестициды,  консерванты  и  т.  д.  Биологические  факторы  -  вирусы,  бактерии.  Антимутагенными  механизмами  организма  являются:  вырожденность  генетического  кода  —  аминокислоты  кодируются  несколькими  кодонами;  удаление  поврежденного  участка  ДНК  ферментами;  двойная  спираль  ДНК;  репаративные  надстройки  [2].

Транспозиционная  активность  МГЭ  является  основной  причиной  возникновения  спонтанных  мутаций  [10].  Изучение  первичной  последовательности  МГЭ  выявило,  что  в  их  структуре  есть  большое  количество  регуляторных  сайтов  и  сигнальных  последовательностей,  а  это  означает,  что  МГЭ  могут  очень  интенсивно  воздействовать  на  работу  гена,  не  разрушая  сам  ген  [2].

Мутационные  изменения,  в  отличие  от  модификационной  изменчивости,  появляются  раньше  изменения  условий  среды.  Модификационная  изменчивость,  как  известно,  зависит  от  условий  окружающей  среды  и  интенсивности  их  воздействия  на  организм.

Изменения  структуры  ДНК,  которая  образует  ген,  разделяют  на  три  группы.  Мутации  первой  группы  —  замена  одних  оснований  другими  (около  20  %).  Вторая  группа  мутаций  —  изменение  количества  нуклеотидных  пар  в  гене,  в  следствии,  сдвиг  рамки  считывания.  Последняя  группа  мутаций  связана  с  инверсией  нуклеотидных  последовательностей  в  пределах  гена  [12].

Генетики  выделяют  так  же  отдельно  точечные  мутации.  Для  этих  мутаций  характерным  является  то,  что  одно  азотистое  основание  заменяется  другим.

Точечные  мутации  способны  возникать  в  результате  спонтанных  мутаций,  происходящих  во  время  репликации  ДНК.  Они  также  могут  появляться  в  результате  действия  внешних  факторов  (воздействие  ультрафиолетового  или  рентгеновского  излучения,  высокая  температура  или  химические  вещества)  и  при  синтезе  молекулы  ДНК,  в  которой  имеются  повреждения  [6].

Считается,  что  главной  причиной  образования  мутаций  замены  оснований  —  спорадические  ошибки  ДНК-полимераз.  Уотсон  и  Крик  объяснили  это  так:  «При  соприкосновении  молекулы  ДНК  с  молекулами  воды  могут  изменяться  таутомерные  состояния  оснований  ДНК.  Одной  из  причин  образования  мутаций  замены  основания  считается  дезаминирование  5-метилцитозина»  [8].

Причины  мутаций  (изменения  генной  информации)  до  конца  не  выяснены,  но  современная  генетика  находится  на  заключительном  этапе  изучения  этого  вопроса.

Список  литературы:

1. Айала  Ф.,  Кайгер  Дж.  Современная  генетика  3  тома.  М.,  «Мир»,1988  г.
2. Гвоздев  В.А.  Подвижная  ДНК  эукариот.  Часть  2.  Роль  в  регуляции  активности  генов  и  эволюции  генома  //  Сорос.  образоват.  журнал.  —  1998.  —  №  8.  —  С.  15—21.
3. Головачев  Г.Д.  Наследственность  человека.,  Т.,  «Наука»,  1983  г.
4. Голубева  А.А.  Редкие  генетические  заболевания  у  детей//Бюллетень  медицинских  интернет-конференций.  —  2013.  —  Т.  3.  —  №  2.  —  С.  446.
5. Грин  Н.,  Стаут  У.,  Тейлор  Д.,  Биология  3  тома,  М,  «Мир»,  1990  г.
6. Джончик  П.,  Фийалковская  И.,  Киезла  З.  Перепроизводство  субъединицы  ДНК-полимеразы.  Противодейстие  SOS-мутагенов  //Научная  Академия.  США—  1988.  —  85.  —  С.  2124—2127.
7. Дубинин  Н.П.  Новое  в  современной  генетики  М,  «Наука»,  1989  г.
8. Каннистраро  В.Д.,  Тэйлор  Д.С.  5-метилцитозин  дезаминирование  в  циклобутановых  димерах  //Молекулярная  биология.  —  2009.  —  392.  —  С.  1145—1157.
9. Ровенских  Д.Н.,  Максимов  В.Н.,  Татарникова  Н.П.,  Усов  С.А.,  Воевода  М.И.  Роль  молекулярно-генетических  факторов  в  риске  развития  острого  тромбоза  глубоких  вен  нижних  конечностей  //Бюллетень  Сибирского  отделения  Российской  академии  медицинских  наук.  —  2012.  —  Т.  32.  —  №  4.  —  С.  90—94.
10. Спрадлинг  A.C.,  Стэм  Д.,  Беатон  A.  Одиночные  вставки  P-элемент  мутации  25  %  жизненно  важных  генов  дрозофилы  //  Генетика.  1999.  —  С.  135—177.
11. Чугунова  О.Л.,  Шумихина  М.В.  Современные  представления  о  наследственной  тромбофилии  у  детей  и  её  роли  в  развитии  заболеваний  почек  //  Вопросы  практической  педиатрии.  —  2011.  —  Т.  6.  —  №  5.  —  С.  40—48.
12. Ярыгин  В.Н.,  Васильев  В.И.  «Биология»  //Высшая  школа.  2008.  —  С.  84.