Mutasjoner er et viktig studieobjekt for cytogenetikere og biokjemikere. Det er mutasjoner, gen eller kromosomale, som oftest er årsaken til arvelige sykdommer. Under naturlige forhold forekommer kromosomale omorganiseringer svært sjelden. Mutasjoner forårsaket av kjemikalier, biologiske mutagener eller fysiske faktorer som ioniserende stråling er ofte årsaken til medfødte misdannelser og maligniteter.
Generell informasjon om mutasjoner
Hugh de Vries definerte en mutasjon som en plutselig endring i en arvelig egenskap. Dette fenomenet finnes i genomet til alle levende organismer, fra bakterier til mennesker. Under normale forhold forekommer mutasjoner i nukleinsyrer svært sjelden, med en frekvens på omtrent 1 10–4 – 1 10–10.
Avhengig av mengden genetisk materiale som påvirkes av endringene, deles mutasjoner inn i genomisk, kromosom alt og gen. Genomiske er assosiert med en endring i antall kromosomer (monosomi, trisomi, tetrasomi); kromosomale er assosiert med en endring i strukturen til individetkromosomer (delesjoner, duplikasjoner, translokasjoner); genmutasjoner påvirker et enkelt gen. Hvis mutasjonen bare påvirket ett par nukleotider, er det en punktmutasjon.
Avhengig av årsakene som forårsaket dem, skilles spontane og induserte mutasjoner.
Spontane mutasjoner
Spontane mutasjoner oppstår i kroppen under påvirkning av indre faktorer. Spontane mutasjoner anses som normale, de fører sjelden til alvorlige konsekvenser for kroppen. Oftest forekommer slike omorganiseringer innenfor samme gen, assosiert med erstatning av baser - purin for en annen purin (overgang), eller purin for pyrimidin (transversjon).
Signifikant sjeldnere forekommer spontane mutasjoner i kromosomer. Kromosomale spontane mutasjoner er vanligvis representert ved translokasjoner (overføring av ett eller flere gener fra ett kromosom til et annet) og inversjoner (endringer i sekvensen av gener i et kromosom).
Induserte omorganiseringer
Induserte mutasjoner forekommer i cellene i kroppen under påvirkning av kjemikalier, stråling eller replikasjonsmateriale fra virus. Slike mutasjoner dukker opp oftere enn spontane og har mer alvorlige konsekvenser. De påvirker individuelle gener og grupper av gener, og blokkerer syntesen av individuelle proteiner. Induserte mutasjoner påvirker ofte genomet glob alt, det er under påvirkning av mutagener at unormale kromosomer vises i cellen: isokromosomer, ringkromosomer, disentriske.
Mutagener, i tillegg til kromosomale omorganiseringer, forårsaker DNA-skade: dobbelttrådbrudd,dannelsen av DNA-tverrbindinger.
Eksempler på kjemiske mutagener
Kjemiske mutagener inkluderer nitrater, nitritter, nitrogenbaseanaloger, salpetersyrling, plantevernmidler, hydroksylamin, noen mattilsetningsstoffer.
Nitrogensyre gjør at aminogruppen sp altes fra nitrogenholdige baser og erstattes av en annen gruppe. Dette fører til punktmutasjoner. Hydroxylamin forårsaker også kjemisk induserte mutasjoner.
Nitrat og nitritt i høye doser øker risikoen for kreft. Noen kosttilskudd forårsaker aryleringsreaksjoner av nukleinsyrer, noe som fører til forstyrrelse av transkripsjons- og translasjonsprosesser.
Kjemiske mutagener er svært forskjellige. Ofte er det disse stoffene som forårsaker induserte mutasjoner i kromosomene.
Fysiske mutagener
Fysiske mutagener inkluderer ioniserende stråling, først og fremst kortbølget og ultrafiolett. Ultrafiolett starter prosessen med lipidperoksidasjon i membraner, provoserer dannelsen av ulike defekter i DNA.
Røntgen- og gammastråling provoserer frem mutasjoner på kromosomnivå. Slike celler er ikke i stand til å dele seg, de dør under apoptose. Induserte mutasjoner kan også påvirke individuelle gener. Blokkering av tumorsuppressorgener fører for eksempel til svulster.
Eksempler på induserte omorganiseringer
Eksempler på induserte mutasjoner er ulike genetiske sykdommer, som oftere viser seg i områder som er utsatt foreksponering for en fysisk eller kjemisk mutagen faktor. Det er spesielt kjent at i den indiske delstaten Kerala, hvor den årlige effektive dosen av ioniserende stråling overstiger normen med 10 ganger, økes frekvensen av fødsel av barn med Downs syndrom (trisomi på det 21. kromosomet). I det kinesiske distriktet Yangjiang ble det funnet en stor mengde radioaktiv monazitt i jorda. Ustabile elementer i sammensetningen (cerium, thorium, uran) forfaller med frigjøring av gammakvanter. Eksponering for kortbølget stråling i fylket har ført til et stort antall fødsler av barn med gråtende katt-syndrom (sletting av en stor del av 8. kromosom), samt økt forekomst av kreft. Et annet eksempel: i januar 1987 ble det registrert et rekordantall fødsler av barn med Downs syndrom i Ukraina, assosiert med Tsjernobyl-ulykken. I første trimester av svangerskapet er fosteret mest følsomt for effektene av fysiske og kjemiske mutagener, så en kolossal dose stråling har ført til en økning i frekvensen av kromosomavvik.
Et av de mest beryktede kjemiske mutagenene i historien er det beroligende stoffet Thalidomide, produsert i Tyskland på 1950-tallet. Å ta dette stoffet har ført til fødselen av mange barn med en lang rekke genetiske abnormiteter.
Den induserte mutasjonsmetoden brukes ofte av forskere for å finne den beste måten å bekjempe autoimmune sykdommer og genetiske abnormiteter assosiert med proteinhypersekresjon.
