2История изучения мутационного процесса

Конец 19 – начало 20 века ознаменовалось открытием количественных закономерностей передачи наследственных признаков в ряде поколений и формированием представлений об организации материального субстрата наследственности и изменчивости.

Термин «мутация» в учение о наследственности в конце 19 века ввел голланский ботаник Г. Де Фриз. Он заимствовал этот термин у палеонтологов, называших «мутациями» резкие смены представителей ископаемой флоры и фауны в последовательных слоях геологических отложений. К этому же феномену восходит его концепция «мутационных периодов, признанная некоторые закорномерности эволюционного процесса. Кроме того, Де Фриз известен как исследователей, вторично открывший законы Мендаля. История изучения биологического процесса, ведущего к образованию мутаций, делится условно на пять периодов [³].

Первый из них начался одновременно с переоткрытием законов Менделя и длился с 1900 г. почти четверть века. Были развиты представления о мутациях и о частоте их возникновения, разработаны методы их количественной оценки. Основной концептуальный вклад в эту область принадлежит Томасу Моргану и его школе. Морган, как уже отмечалось, "материализовал" понятие мутаций, связав их с изменениями генетических локусов хромосом. Ученик и последователь Моргана Меллер в 1921 году высказал идею о сохранении способности гена к самовоспроизведению при изменении его свойств. "Когда изменяется структура гена... каталитические свойства гена могут соответственно измениться так, чтобы сохранить его способность к автокатализу". Это свойство генов получило впоследствии название конвариантной редупликации.

Г. Меллеру же принадлежит концепция "скорости генетического процесса". В 1927 году он ввел в практику применяемый до сих пор на дрозофиле метод измерения этой скорости, за что получил Нобелевскую премию в 1946 г.

Второй период начался с открытия в 1925-1928 гг, когда проводятся исследования по радиационному мутагенезу, Н. В. Тимофеев-Ресовским и Циммером формулируются основные положения теории мишени, происходит открытие мутагенного действия ультрафиолетового излучения, ведется дискуссия о природе генных мутаций, представляют ли они собой истинные точковые мутации или внутригенные перестройки - делеции и дупликации. В этот период основным объектом для исследования закономерностей мутационного процесса становится D. Melanogaster.

Третий период, длившийся до 1953 г., ознаменован открытием химического мутагенеза и концепции предмутационных или потенциальных повреждений, что привело затем к открытию репарации ДНК. В эти же годы М. Е. Лобашов формулирует концепцию о возникновении мутаций в процессе нетождественной репарации клеточных повреждений.

Начало четвертому периоду было положено раскрытием структуры ДНК в 1953 г. Предложенная Уотсоном и Криком модель двойной спирали позволила на молекулярном уровне объяснить не только точность репликации генов, но и механизм возникновения возможных ошибок в них. В этот период, длившийся немногим более 10 лет, была выдвинута идея Г. Меллера об автокаталитической способности генов, которая воплотилась в открытие авторепликации комплементарных цепей ДНК, проведено исследование химии нуклеиновых кислот и построение биохимической и молекулярной концепции мутагенеза, исследованы механизмы фоторепарации, мутагенной специфичности и индуцированной нестабильности. Однако, несмотря на эти успехи, отмечает Ш. Ауэрбах (1978), нестабильность гена оставалась "интригующей проблемой"[⁴].

Вместе с тем накапливалось всё большее число фактов, указывающих на то, что возникновение мутаций - это сложный, многоступенчатый биологический процесс, тесно связанный с ростом и метаболизмом клеток, с активностью ферментов, вовлечённых в осуществление репликации, репарации и рекомбинации ДНК, с взаимодействиями ядерных и цитоплазматических генов. Изучением всех этих факторов мутагенеза в их совокупности характеризуется современный пятый период исследования проблем мутагенеза, начавшийся в начале 60-х годов с открытием явления репарации ДНК, т.е. восстановления её нормальной структуры после действия различных повреждающих агентов.

Итак, к середине 70-х годов стало очевидно, что мутации - это внезапно возникающие изменения генетического аппарата организма, приводящие к тем или иным изменениям его морфологических или физиологических признаков.

Специфическим для радиационного воздействия типом мутации, при которых изменяется структура хромосом, являются хромосомные аберрации. Впервые были обнаружены в экспериментальных исследованиях на D. Melanogaster. В некоторых скрещиваниях соотношение числа потомков в разных классах сильно отличалось от ожидаемого, что объяснили наличием перестроек в хромосомах родителей. К. Бриджес впервые описал делеции, дупликации и транслокации, а в 1921 г А.Стёртевант, сравнивая порядок генов в хромосоме 3 у D. melanogaster и D. Simulans, описал первую инверсию.

В современной генетике хромосомные перестройки выявляют и анализируют при помощи цитогенетических методов, наиболее часто анализ хромосомных перестроек проводят цитологически на стадии метафазы. Самым распространенным и доступным цитогенетическим методом является метод дифференциальной G-окраски хромосом (G-бэндинг). С конца 1980-х годов для выявления хромосомных перестроек применяют метод флуоресцентной гибридизации in situ с использованием ДНК-проб к отдельным хромосомам или хромосомным локусам.

Применение цитогенетических методов в ФГУП «Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский НИИ экспериментальной физики» для оценки эффектов облучения началось в 70-е годы прошлого столетия. За эти годы были исследованы количественные закономерности образования аберраций при действии различных видов ионизирующих излучений, проведено цитогенетическое обследование когорт сотрудников института, которые подвергались профессиональному облучению.