Мутагени: фізичні, хімічні, біологічні

Кожна з мутацій зумовлена певною причиною. Найчастіше ці причини невідомі. Мутації, спричинені зміною в навколишньому середовищі, називають спонтанними.

Мутагени — фізичні, хімічні та біологічні фактори, що впли­вають на живі організми та зумовлюють появу мутацій з часто­тою, яка перевищує рівень спонтанних мутацій. Мутагенні фак­тори уражують спадкові структури організму.

До фізичних мутагенних факторів належать усі види йоніза-ційного випромінювання, ультрафіолетове випромінювання, ви­сокі та низькі температури. Г.А. Надсон та Г.С. Філіпов уперше довели (1925), що йонізаційне випромінювання має сильну му­тагенну дію, М.П. Дубінін (1961) на клітинах людини довів, що дозою, яка подвоює частоту мутацій у людини, є 10 бер. Цю вели­чину Науковий комітет з радіації при ООН прийняв як можливу мінімальну дозу. Розрахунки показують, що вплив дози 170 мбер на рік може призвести до народження 27 тис. дітей зі спадковими вадами розвитку.

Хімічні мутагени поділяють на три групи:

1) природні неорганічні речовини: оксиди азоту, нітрати, сви- нець;

2) неперероблені природні сполуки, солі важких металів тощо;

3) хімічні сполуки, яких не буває в природі: пестициди, хар- чові добавки (нітрозаміни, нітрозаміди), синтетичні сполуки, у тому числі й лікарські препарати. Прикладами лікарського му- тагенезу є препарат гікантон (використовувався для лікування шистосомозу), який спричинював хромосомні мутації в лейкоци- тах людини; деякі сульфаніламіди у високих концентраціях.

Біологічні мутагени умовно поділяють на три класи:

• віруси (у тому числі й для вакцинації) епідеміологічні, ла­тентні;

• ДНК і РНК (природні і синтетичні);

• гормони, антибіотики, афлотоксини.

В Україні тривалий час вивчав мутагенез вірусів та нуклеїно­вих кислот С.М. Гершензон. Установлено, що майже половина всіх мутацій відбувається під час ембріогенезу; значна частина їх є наслідком дії вірусів.

Механізми хімічного та біологічного мутагенезу різні. Біль­шість авторів схильні вважати, що нуклеїнова кислота вірусів зумовлює хромосомні перебудови та генні мутації, а хімічні мута­гени — деградацію ДНК. Мутагени можуть змінювати комбінації генів та їхнє функціонування, уражати ферментні ситеми.

Генетична небезпека забруднення середовища

Забруднення середовища мутагенними факторами безслідно не проходить, воно шкідливе. Унаслідок впливу тератогенів на організм у людини з'являються домінантні, рецесивні та зчеплені зі статтю мутації. Генетична інформація людини, яка закодована в ДНК, має три рівні організації: молекулярний (ДНК), хромо­сомний (хроматин), популяційний (генофонд різних популяцій).

Саме на популяційному рівні в людини накопичується генетич­ний тягар. Генетичний тягар — це частина спадкової мінливості популяції, яка визначає появу організмів зі зниженими пристосо-вувальними ознаками. З плином часу в популяції накопичуються шкідливі рецесивні мутації, носіями яких є гетерозиготи. Слід знати, що нині генетичний тягар людини небезпечно високий. Так, людство має: 200 млн гетерозиготних носіїв гемоглобінопа­тій, 5 % — гена муковісцидозу, 3 % — гена природженого гіпоти­реозу, 3 % — хвороб хромосомної нестабільності, 2 % — фенілке-тонурії.

Генетичний тягар людських популяцій може з'являтися під впливом мутагенних ефектів організмових метаболітів, а саме — внаслідок зміни концентрації деяких кортикостероїдних і стате­вих гормонів, імунологічних конфліктів.

Збільшення генетичного тягаря є небезпечним явищем, тому що природний добір для людини може втратити значення спряму-вального фактора еволюції. Природний добір обмежує народжен­ня дітей тільки з несумісними для життя вадами. Мінливість у більшості людей майже не проходить природного добору. Унаслі­док цього генетична адаптація популяцій людини до забруднення середовища мутагенами не відбувається. Збільшення в людських популяціях кількості випадків спадкових аномалій, психічних відхилень, онкологічних захворювань, алкоголізму та наркома­нії спричинює обґрунтоване хвилювання, бо, згідно з концепцією генетичного тягаря Г. Мелера, існує можливість небезпеки виро­дження людини як виду.

Комутагени та антимутагени

Комутагени — токсичні речовини, які самі не спричинюють мутації, але суттєво змінюють вплив мутагенних факторів фі­зичної, хімічної та біологічної природи, Комутагени виступають синергістами мутагенних факторів. Отруєння токсичними речо­винами становить значний відсоток від смертельних захворю­вань, зокрема в Шотландії — 3 %, СІЛА — 8 %, Японії — 16 %, Англії — 22 % . Доведено токсичність понад 3200 різних хімічних сполук. Деякі з них використовують у харчових добавках, косме­тиці, мийних засобах, лікарських препаратах тощо.

Токсичні сполуки є факторами, що призводять до модифіка­ційної мінливості та змінюють норму реакції. Разом з мутагенами вони сприяють збільшенню генетичного тягаря людини.

Антимутагени — біологічно активні речовини, введення яких у клітину перешкоджає дії мутагену. До речовин, які мають за­хисні властивості від йонізуючого випромінювання, належать:

1) сполуки тіолового ряду: цистеїн, цистин, цистамін;

2) різні сірковмісні сполуки: амонію дитіокарбамат, тіосечо- вина;

3) фосфорильовані тіоли;

4) сполуки з фармакологічною та токсикологічною активніс- тю: гістамін, серотонін та ін.;

5) інші сполуки: гліцерол, пропілен-гліколь;

6) різні антимутагени — їх використовують для профілактики дестабілізації генетичної структури (до впливу мутагену), а та- кож для впливу на репаративні процеси (після впливу мутагену).

Універсальними називають антимутагени, які однаково ефек­тивні проти дії радіації та хімічних мутагенів. До універсальних антимутагенів належать похідні тіолового ряду: цистеїн, циста­мін, глютатіон тощо; серотонін, спермін та інші поліаміни; попе­редники нуклеїнових кислот, деякі вітаміни.

Доведено, що певні вітаміни беруть активну участь у природ­них антимутагенних системах. Дослідження цитогенетичної ак­тивності токоферолу, каротину, аскорбінової кислоти свідчать про антимутагенну активність, яка може бути пов'язана з анти­оксидантними властивостями цих речовин.

Під час дослідження інтерферону (білка, що утворюється у процесі вірусних інфекцій та є неспецифічним фактором проти­вірусного імунітету) визначено його різнобічну біологічну дію. Установлено радіозахисну та протекторну дію інтерферону під впливом мутагенів фізичної та хімічної природи. Вважають, що інтерферон діє через систему репарації ДНК, посилюючи репара­цію всіх типів первинних її ушкоджень. Є припущення, що саме інтерферон запускає різні механізми захисту (імунологічний, противірусний, антионкогенний).