За впливом на життєдіяльність

• летальні – викликають або внутрішньоутробну смерть, або загибель у ранньому постнатальному періоді.

Зокрема, у людини аненцефалія (відсутність мозку) є досить поширеною причиною викиднів або народження мертвої дитини. У гетерозигот відповідна мутація гену проявляється у вигляді неповного закриття хребтового каналу. Гомозиготи за домінантною мутацією брахідактилії гинуть, а гетерозиготи мають вкорочені пальці.

• сублетальні – значно зменшують життєздатність і призводять до смерті ще до періоду досягнення статевої зрілості.

У людини – СКА: Т на А → замість Глю у 6 положенні β – ланцюгу гемоглобіну – Вал (заміщується всього 1 із 574 АК). аа – гинуть у ранньому віці внаслідок важкої анемії, що

зумовлює дисфункцію всіх систем організму;

Аа – клінічно здорові, тільки в умовах дефіциту кисню

почувають себе погано, але стійкі до малярії.

• нейтральні мутації – суттєво не впливають на життєдіяльність

• посилюючі – збільшують життєдіяльність організмів

• стерильні – зменшують плодючість тощо.

Переважна більшість мутантів має знижену життєздатність, так як порушуються системні зв’язки, відрегульовані протягом еволюції численних поколінь.

Але шкідливість мутацій має відносний характер, так як умови існування можуть змінитися на користь мутантних ознак і призвести до поширення мутантного фенотипу в популяції.

Наприклад, мутація безкрилості у комах є шкідливою у звичайних умовах існування, а на деяких океанічних островах із сильними вітрами вона стає корисною.

Крім того, внаслідок плейотропного ефекту мутацій, шкідливі мутації можуть мати відносно позитивний вираз окремої ознаки.

Наприклад, СКА: аа – гинуть, Аа – стійкі до малярії.

Мутаційні перетворення генотипу часто спричинюються переміщеннями особливих ділянок ДНК, які одержали назву МГЕ.

Мобільні генетичні елементи

Синоніми: переміщувані генетичні елементи, мобільні

­дисперговані елементи, "стрибаючі гени", множинні дисперговані гени, мігруючі елементи, мобільні гени, інсерції, транспозони

Це фрагменти ДНК, які не мають постійної локалізації в геному і внаслідок цього можуть переміщуватися. Вони не кодують ніяких суттєвих для життєдіяльності ознак і виявлені у всіх груп організмів.

У бактерій досліджено 2 основні класи МГЕ, які розрізняються за довжиною і складністю:

1. Інсерційні послідовності = lS – елементи (550-1400 п.н.) мають інвертовані, обернені повтори (АБВ…ВБА) - паліндроми - на кінцях і ген, який відповідає за їх переміщення (транспозаза). При цьому вбудований у нове місце перебування (звичайно насичене А-Т парами) lS – елемент може активувати чи гальмувати дію поряд розташованих генів, а також викликати різні ХР-мутації (рівень ↑ у 100-1 000 разів), іноді виступаючи як промотор.

2. Транспозони (2 000 – 5 700 п.н.) утворюються з lS – елементів і включають кілька додаткових генів, які відповідають за стійкість (резистентність) бактерій до різних токсичних речовин (антибіотики, важкі метали тощо). Разом з плазмідами та фагами транспозони сприяють поширенню генів між різними штамами бактерій (горизонтальний переніс генів), відіграючи важливу роль у їх адаптації до лікарських препаратів.

Вертикальний потік генів: від батьків до дітей

Горизонтальний переніс генів: між особинами одного й того ж самого чи різних поколінь і навіть між різними видами.

Аналоги інсерційних послідовностей представлені

• у грибів – транспозоноподібними елементами,

• у рослин – контролюючими елементами,

• у тварин – мобільними диспергованими елементами

• у людини – Alu-послідовностями і транспозонами L1 (17% ДНК, зворотна транскрипція з мРНК).

Вони відіграють суттєву роль у забезпеченні різноманітності генетичного матеріалу.

ГЕНОМНІ МУТАЦІЇ

Виникають внаслідок зміни кількості хромосом.

Якщо вони пропорційні гаплоїдному геному, то говорять про поліплоїдію, котра буває двох типів:

• автополіплоїдія - помноження власного геному;

• алополіплоїдія = гетероплоїдія (амфідиплоїди = алотетраплоїди = 2п + 2п) - помноження гібридного геному → пшениця, овес, тютюн, бавовник, слива (терен х алича), тритікале (жито х пшениця) тощо.

Серед них

• збалансованими вважаються поліплоїди, що мають парне число наборів хромосом (більші розміри, врожайність, збереження плодючості тощо), а

• незбалансованими – непарне (↓ фертильність).

У багатьох рослин (буряк, яблуня, суниці, банани, кавуни тощо) найбільш високопродуктивними є триплоїди, які не утворюють насіння і повністю стерильні.

Поліплоїди поширені серед водоростей, грибів, папоротей і покритонасінних (але НЕ голонасінних) рослин. Для багатьох із них відомі поліплоїдні ряди (від 2n до 10n і більше), але рівень плоїдності для кожного виду має свої межі.

У тварин поліплоїдія всього організму зустрічається досить рідко (земляні черв’яки Eisenia veneta, чорні таргани, деякі жуки-довгоносики, рачки тощо), натомість типовою є ендополіплоїдія деяких диференційованих тканин, наприклад, печінка у ссавців, кишечник, слинні залози і мальпігієві судини багатьох комах тощо.

Ступінь поширення поліплоїдії серед різних груп тварин зумовлена обмеженнями, пов’язаними з хромосомним механізмом визначення статі. Тому поліплоїди зазвичай зустрічаються серед гермафродитів і тих тварин, що розмножуються апоміктично, втративши регулярний статевий процес.

Крім того, у природі поліплоїдні форми частіше зустрічаються в екстремальних умовах середовища, так як наявність додаткового генетичного матеріалу забезпечує більші пристосувальні можливості.

Окрім зміни числа гаплоїдних наборів хромосом у різних груп організмів може спостерігатись і зміна числа екземплярів якої-небудь конкретної хромосоми. Це явище називається анеуплоїдія. Вона призводить до утворення

• трисоміків → 2п+1

• моносоміків → 2п-1(звичайно летальні)

• нулісоміків → 2п-2 гомологічні хромосоми

Поліплоїдія та анеуплоїдія розвиваються внаслідок нерозходження хромосом під час мейозу в гаметогенезі або на ранніх стадіях дробіння (мозаїчні форми).

Обидві аномалії часто викликають депресію розвитку та летальні хромосомні захворювання. Найвідомішими серед них у людини є трисомії за 21, 13 та 18 хромосомами.

Аномалії аутосом

Трисомія 21 → хвороба Дауна. Частота народження хворих = 1 : 500-700 пологів. В останні десятиріччя спостерігається тенденція до зростання, особливо серед матерів, вік яких перевищує 30 років. Такі хворі часто гинуть у дитячому віці.

Ознаки:

• вкорочені кінцівки,

• маленький череп,

• обличчя плоске,

• широке перенісся,

• очні щілини вузькі,

• косий розріз очей,

• розумова відсталість,

• знижений імунітет,

• порушення будови внутрішніх органів.

Трисомія 13 → синдром Патау. Більшість хворих гине ще в утробі матері або протягом першого року життя.

Ознаки:

• розщілина м’якого і твердого піднебіння,

• не заростання губи,

• недорозвинення або відсутність очей,

• неправильно сформовані вуха,

• деформація кисті і стопи,

• полідактилія або синдактилія (зрощення),

• численні порушення внутрішніх органів.

Трисомія 16 → синдром Едварда. Хворі гинуть до 2-3 місяців життя.

Ознаки:

• череп своєрідної форми: вузький лоб і широка з виступом потилиця,

• недорозвинення нижньої щелепи,

• дуже низько розташовані вуха,

• пальці короткі і широкі,

• поперечна складка на долоні.

Аномалії статевих хромосом

При дозріванні статевих клітин у людини може спостерігатися порушення розходження статевих хромосом, яке відбувається у близько 0,3% гамет.

Найвідоміші генетичні варіанти такі:

Моносомія Х -ХО→ синдром Шерешевського-Тернера. 1: 4 000–5 000. Це єдина сумісна з життям моносомія.

• фенотип жіночий, недорозвинення яєчників,

• низький зріст, коротка шия, безпліддя.

Трисомія Х – ХХХ: Частота народження 1: 1 000.

• нерізкі відхилення у фізичному розвитку,

• порушення функції яєчників,

• передчасний клімакс, інтелектуальна неповноцінність.

У частини хворих ці ознаки не проявляються.

ХХУ → синдром Кляйнфельтера. Частота 1: 1 000.

• стать чоловіча, недорозвинення сім’яників і

• відсутність сперматогенезу,

• астенічний, євнухоподібний тип будови тіла,

• відкладення жиру за жіночим типом,

• бідна рослинність на обличчі,

• різного рівня розумова відсталість.

В останні роки виявили інші варіанти полісомії статевих хромосом у чоловіків: ХУУ, ХХУУ, ХХУУУ та інші. У них спостерігаються психопатичні риси особистості: нестійкість емоцій, неадекватна поведінка. Зріст високий, статеві залози розвинені нормально. Немає значної затримки інтелектуального розвитку.

Хромосомні аномалії, на відміну від генних, не передаються спадково, а кожного разу виникають заново внаслідок мутацій у статевих клітинах батьків.

ХРОМОСОМНІ МУТАЦІЇ = аберації

Це переміщення генетичного матеріалу, що призводять до змін структури хромосом у межах каріотипу. До таких перебудов можуть залучатися ділянки однієї хромосоми або різних (негомологічних) хромосом. Згідно з цим розрізняють внутрішньо-хромосомні чи міжхромосомні аберації.

Внутрішньохромосомні перебудови

• Дефішенсі – кінцеві нестачі. Одна хромосома виявляється коротша за іншу і втрачає частину алелей. Якщо в ній залишається ЦМ, то така хромосома здатна нормально реплікуватися і проходити КЦ.

Наприклад, у людини відомий синдром "котячий крик", який зумовлюється кінцевою нестачею ділянки 5-тої хромосоми (вкорочується на третину), що викликає багато вад розвитку, розумову відсталість і смерть у ранньому віці.

• Делеції – випадіння внутрішньої частини хромосоми. Внаслідок цього порушується кон’югація: більш довгі нормальні хромосоми утворюють петлю на ділянці, що відповідає делеції у протилежній гомологічній хромосомі. Такі порушення звичайно летальні у гомозиготному стані, але короткі делеції можуть і не змінювати онтогенез.

Наприклад,

• делеція 11 хромосоми супроводжується відсутністю райдужної оболонки ока (аніридія) та іншими вадами: глаукома, катаракта, помутніння рогівки тощо.

• делеція 18 хромосоми викликає затримку фізичного розвитку та розумову відсталість.

• Дуплікації (ампліфікації) – подвоєння чи помноження певної ділянки хромосоми. Повтори можуть розташовуватися тандемно(А-ВС-ВС-ДЕ) або інвертовано (А-ВС-СВ-ДЕ).

Головною причиною виникнення повторів є нерівний кросинговер або переміщення МГЕ.

Крім того, виникнувши одного разу, повтори стимулюють подальші дуплікації, запускаючи власне автокаталітичне відтворення.

Наявність повторів у будь-якій системі підвищує її стійкість до зовнішніх впливів. На генетичному рівні це реалізується в тому, що дуплікації різко зменшують негативні ефекти від помилок типу зсуву рамки трансляції, різноманітних делецій і вставок.

Внаслідок цього, дуплікації є менш фатальні ніж інші аберації, але деякі з них усе ж таки можуть спричинювати складні хворобливі стани.

Зокрема, у людини відома дуплікація 13 хромосоми, яка викликає синдром "котяче око", який поєднує дефекти райдужної оболонки ока з атразією анального отвору.

На сьогодні з’ясовано, що в основі практично усіх перетворень генетичного матеріалу (дуплікацій, делецій, інсерцій, будь-яких варіантів рекомбінацій і транспозицій, хромосомних перебудов тощо) лежить універсальний молекулярний механізм, який базується на різних типах взаємодій між комплементарними повторами. Вони локалізуються за межами структурних генів і можуть сприяти формуванню нових ознак без шкоди для тих, що вже "довели" свою адаптивність.

• Інверсії – зміни чергування генів або положення сайтів у межах гену внаслідок того, що частина хромосоми обертається на 180⁰. За відношенням до центромери інверсії поділяються на

• перицентричні (охоплюють центромеру) та

• парацентричні (не охоплюють ЦМ).

Оскільки інверсії призводять до зміни лінійної послідовності генів, то внаслідок модифікації регуляторних взаємодій (ефект положення гену) вони можуть спричинювати суттєві фенотипові перетворення. При цьому суттєво зменшується рівень кросинговеру внаслідок утворення хромосомних петель при кон’югації нормальної та зміненої хромосом. Завдяки цьому мікроінверсії ще називають замикачами кросинговеру. Вони сприяють закріпленню набутих ознак у поколіннях.

Міжхромосомні мутації

Поділяють на 2 групи: транслокації і транспозиції

Транслокації: переміщення частини хромосоми, які можуть бути

• реципрокними - 2 хромосоми взаємно обмінюються відповідними ділянками

• нереципрокними сегмент однієї хромосоми переноситься на іншу, внаслідок чого 1 хромосома набуває зайвої ділянки, а 2 – позбувається її

• за типом центричного з’єднання, коли після розривів у ділянці поблизу від ЦМ, 2 фрагменти об’єднуються з утворенням нової хромосоми.

Наприклад, транслокаційний синдром Дауна у людини.