Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Мутации и мутагены

Человек в своей повседневной жизни постоянно сталкивается с мутагенами. По изначальному представлению к мутагенам были отнесены такие факторы, которые индуцируют мутации. Мутагенами являются агенты, которые воздействуют на структуру ДНК и вызывают в ней изменения, приводящие к устойчиво передающимся в поколениях клеток или организмов новым формам. Вместе с тем к мутагенам относится колхицин, действие которого заключается в том, что он препятствует образованию веретена деления клеток, приводя к полиплоидии или анэуплоидии. К

мутагенам принято относить повышение температуры, изменение рН, хотя точки приложения, приводящие к появлению мутаций при действии этих факторов, не известны (Дубинин, 1986; Митрофанов, 1994).

Таким образом, мутагенами могут быть факторы химической, физической или биологической природы, способные прямо или опосредованно повреждать наследственный материал клеток, вызывая мутации (Прохорова, Фомичева, Ковалѐва,

Попова, Терешко, Гаврилова, Иванова, 2005). Кроме того имеется некоторый спонтанный уровень мутагенеза. Спонтанные мутации при действии этих факторов, не известны (Митрофанов, 1994).

Мутагены могут вызывать мутации у любых форм жизни – от вирусов до высших растений, животных и человека. Они представляют прямую угрозу для здоровья и являются основной причиной увеличения частоты наследственных болезней

(Бочков, 1994).

Мутациями называют редкие, случайно возникшие стойкие изменения генотипа,

затрагивающие весь геном, целые хромосомы, их части или отдельные гены. Они могут затрагивать различные ткани, системы органов и метаболические процессы.

Мутации в соматических клетках у человека приводят к онкологическим заболеваниям, нарушению иммунитета, преждевременному старению, аутоагрессивных и другим распространѐнным заболеваниям.

Мутации в половых клетках, в отличие от токсического воздействия, передаются следующему поколению и, накапливаясь в популяциях, могут привести к вырождению

ивымиранию вида (Прохорова И.М., 2005).

Учеловека известны мутации около 2,5 тысяч локусов, большая часть которых приводит к различным нарушениям нормального развития от едва заметных до летальных. Мутации могут проявляться на разных стадиях развития, начиная с раннего

9

эмбриогенеза и далее на протяжении всей жизни особи. Они могут затрагивать различные ткани, системы органов, особенности поведения или метаболические процессы (Гершензон, 1991).

Мутации во многих случаях снижают жизнеспособность организма, и доля таких менее приспособленных носителей мутантных генов являются отрицательным генетическим грузом популяции в виде особей, гомозиготных по рецессивным или доминантным мутациям, и особей, гетерозиготных по доминантным мутациям

(Дубинин, 1994)

Среди загрязнителей окружающей среды особую опасность представляют генотоксиканты.

Генотоксикантами называются факторы, способные вызывать как повреждения структуры ДНК (генные, хромосомные и геномные мутации), так и нарушения генетических процессов, косвенно влияющих на выход мутаций (репарации,

рекомбинации, гибель клеток, клеточные трансформации, нарушения процессов деления клеток, и т.д.) (Тарасов, 1994).

Особая опасность генотоксикантов заключается в том, что их эффект не прекращается с гибелью организма, подвергшегося воздействию, поскольку наследственные структуры передаются потомству, то отдалѐнные негативные последствия проявятся и в следующих поколениях. Образующиеся в результате действия генотоксикантов вредные мутации составляют генетический груз популяции.

В популяции, существующей в стабильной среде, генетический груз поддерживается на оптимальном уровне. При увеличении содержания генотоксических факторов в окружающей среде происходит рост генетического груза, что может привести к вырождению и вымиранию вида (Дубинин, 1994; Тарасов, 1998; Худолей, 1999).

Частота нарушений генома у человека уже сегодня в пять раз превысила норму, при которой обычно биологический вид признаѐтся вымирающим (Данилов-

Данилян, 1997). Показателем этого является увеличение количества наследственных болезней, врождѐнных пороков развития, онкологических заболеваний. В России с

1988 по 1998 год доля детей, отягощѐнных наследственными болезнями, возросла с

4,0% до 10,5%.

Вследствие этого одной из главных задач является необходимость мониторинга за мутагенным загрязнением окружающей среды.

10

1.1.1. Мутация. Классификация мутаций

Мутации – это редкие, случайно возникшие стойкие изменения генотипа,

затрагивающие весь геном, целые хромосомы, их части или отдельные гены. Данный термин охватывает все скачкообразные наследственные изменения, но давно известно,

что мутации явно неоднородны (Дубинин, 1986).

Существует несколько принципов классификации мутаций.

Различают также мутации прямые и обратные по отношению к дикому типу. В 1932

году Г. Мѐллер предложил классифицировать мутации по степени отклонения от нормального фенотипа на следующие категории:

Гипоморфы – мутации, ослабляющие действие гена;

Аморфы – вызывающие инактивацию гена, сходны с потерей данного гена;

Антиморфы – действие которых противоположно действию аллелей дикого типа; Неоморфы – дающие действию гена новое направление; Гиперморфы – усиливающие действие данного гена.

11

Широко признано деление мутаций на структурные изменения хромосом и

точковые мутации.

Структурные изменения весьма разнообразны и включают в себя широкий спектр перестроек от крупных, видимых в микроскоп изменений хромосом до микроаберраций, которые микроскопически не различимы.

Хромосомные перестройки, или хромосомные аберрации, представляют собой перемещения генетического материала, приводящие к изменению структуры хромосом в пределах кариотипа. В подобные перестройки могут быть вовлечены как участки одной хромосомы, так и разных – негомологичных - хромосомах, исходя из этого, выделяют аберрации внутрихромосомные и межхромосомные (Прохорова,

Ковалева, Фомичева, 2005).

Внутрихромосомные перестройки включают в себя:

Концевые нехватки, или дефишенси.

В зависимости от расположения концов перестраиваемого фрагмента по отношению к

центромере инверсии делят на:

Перицентрические – включающие центромеру.

Парацентрические – не включающие центромеру.

Межхромосомные перестройки включают:

Транслокации – перемещение части одной хромосомы на другую, не гомологичную ей.

12

Симметричная транслокация подразумевает обмен ацентрическими участками

одинаковой или разной длины, а асимметричная транслокация – соединение

центрических фрагментов с образованием дицентрических хромосом.

Транспозиции – изменение локализации небольших участков хромосомы, включающих один или несколько генов.

Аберрации подразделяют на хромосомные и хроматидные, что связано только со

временем возникновения перестроек - до или после репликации.

Точковые – это изменения в последовательности нуклеотидов. Различают два основных

нарушения типа точковых мутаций: замена оснований (транзиции и трансверсии) и

мутации со сдвигом рамки считывания (выпадение пары нуклеотидов, вставка лишней пары нуклеотидов).

Транзиции – замена пар нуклеотидов, не изменяющих ориентации «пурин -пиримидин» в пределах данной пары.

Трансверсии – замена нуклеотидов с изменением ориентации, то есть пиримидмновое основание заменяется пуриновым, и наоборот (Прохорова, Ковалева,

Фомичева, 2005).

Сдвиг рамки считывания вследствие выпадения пары нуклеотидов или вставки лишней ведѐт к изменению последовательности нуклеотидов в РНК при транскрипции и нарушению аминокислотного состава белков при трансляции.

К геномным мутациям относят:

Полиплоидию – умножение целых гаплоидных наборов генетического материала.

Анеуплоидию – число хромосом не является кратным гаплоидному.

Гаплоидию – в соматических и половых клетках каждая пара хромосом представлена лишь одной.

В некоторых случаях мутантный фенотип проявляется только в определѐнных условиях

- подобные мутации называют условными (Ауэрбах, 1978).

Прямыми называют мутации гена дикого типа, которые приводят к изменению признака. Данные генетические перестройки способны ревертировать вследствие другого типа мутаций – обратных, которые восстанавливают признаки дикого типа.

Обратные мутации могут происходить в том же сайте гена, что и прямые, возвращая исходный порядок нуклеотидов, или в другом участке, подавляя или компенсируя

13