Ո՞ր մուտացիաներն են կոչվում ինքնաբուխ: Եթե տերմինը թարգմանենք մատչելի լեզվով, ապա դրանք բնական սխալներ են, որոնք տեղի են ունենում գենետիկական նյութի ներքին և/կամ արտաքին միջավայրի հետ փոխազդեցության գործընթացում: Նման մուտացիաները սովորաբար պատահական են լինում։ Դրանք նկատվում են սեռական օրգանների և մարմնի այլ բջիջներում։
Մուտացիաների էկզոգեն պատճառներ
Ինքնաբուխ մուտացիա կարող է առաջանալ քիմիական նյութերի, ճառագայթման, բարձր կամ ցածր ջերմաստիճանի, հազվադեպ օդի կամ բարձր ճնշման ազդեցության տակ:
Ամեն տարի միջինում մարդը կլանում է իոնացնող ճառագայթման մոտ մեկ տասներորդը, որը կազմում է բնական ճառագայթային ֆոնը: Այս թիվը ներառում է Երկրի միջուկից ստացվող գամմա ճառագայթումը, արևային քամին և երկրակեղևի հաստությամբ և մթնոլորտում լուծված տարրերի ռադիոակտիվությունը։ Ստացված չափաբաժինը նույնպես կախված է նրանից, թե որտեղ է գտնվում մարդը: Բոլոր ինքնաբուխ մուտացիաների մեկ քառորդը տեղի է ունենում այս գործոնի պատճառով:
Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը, հակառակ տարածված կարծիքի, աննշան դեր է խաղումԴՆԹ-ի խզումների առաջացումը, քանի որ այն չի կարող բավական խորը ներթափանցել մարդու օրգանիզմ: Բայց մաշկը հաճախ տառապում է արևի ավելորդ ազդեցությունից (մելանոմա և այլ քաղցկեղ): Այնուամենայնիվ, միաբջիջ օրգանիզմները և վիրուսները մուտացիայի են ենթարկվում, երբ ենթարկվում են արևի լույսին:
Շատ բարձր կամ ցածր ջերմաստիճանը կարող է նաև առաջացնել գենետիկական նյութի փոփոխություններ։
Մուտացիաների էնդոգեն պատճառներ
Հիմնական պատճառները, թե ինչու կարող է առաջանալ ինքնաբուխ մուտացիա, մնում են էնդոգեն գործոններ: Դրանք ներառում են նյութափոխանակության կողմնակի արտադրանքները, վերարտադրման, վերականգնման կամ վերահամակցման գործընթացի սխալները և այլն:
-
Վերարտադրման ձախողումներ.
- ազոտային հիմքերի ինքնաբուխ անցումներ և շրջումներ;
- նուկլեոտիդների սխալ ներդրում ԴՆԹ-ի պոլիմերազների սխալների պատճառով;- նուկլեոտիդների քիմիական փոխարինում օրինակ՝ գուանին-ցիտոզինից ադենին-գուանին։
- Վերականգնման սխալներ.-մուտացիաներ ԴՆԹ-ի շղթայի առանձին հատվածների վերականգնման համար պատասխանատու գեներում՝ արտաքին գործոնների ազդեցության տակ կոտրվելուց հետո:
- Խնդիրներ ռեկոմբինացիայի հետ.- մեյոզի կամ միտոզի ժամանակ հատման գործընթացի ձախողումները հանգեցնում են հիմքերի կորստի և ավարտի:
Սրանք հիմնական գործոններն են, որոնք առաջացնում են ինքնաբուխ մուտացիաներ: Անհաջողությունների պատճառները կարող են ընկած լինել մուտատոր գեների ակտիվացման, ինչպես նաև անվտանգ քիմիական միացությունների փոխակերպման մեջ ավելի ակտիվ մետաբոլիտների, որոնք ազդում են բջջային միջուկի վրա: Բացի այդ, կան նաև կառուցվածքային գործոններ. Դրանք ներառում են տեղանքի մոտ նուկլեոտիդային հաջորդականության կրկնություններըշղթայական վերադասավորումներ, ԴՆԹ-ի լրացուցիչ հատվածների առկայությունը, որոնք կառուցվածքով նման են գենին, ինչպես նաև գենոմի շարժական տարրեր։
Մուտացիայի պաթոգենեզ
Ինքնաբուխ մուտացիան տեղի է ունենում վերը նշված բոլոր գործոնների ազդեցության պատճառով, որոնք գործում են միասին կամ առանձին բջջի կյանքի որոշակի ժամանակահատվածում: Գոյություն ունի այնպիսի երևույթ, ինչպիսին է դստեր և մայրական ԴՆԹ-ի շղթաների զուգակցման սահող խախտումը։ Արդյունքում, պեպտիդներից, որոնք չեն կարողացել պատշաճ կերպով տեղավորվել հաջորդականության մեջ, հաճախ առաջանում են օղակներ: Դուստր շղթայից ԴՆԹ-ի ավելցուկային բեկորների հեռացումից հետո օղակները կարող են և՛ հատվել (ջնջումներ), և՛ ներկառուցվել (կրկնօրինակումներ, ներդիրներ): Հայտնաբերված փոփոխությունները ամրագրվում են բջիջների բաժանման հաջորդ փուլերում։
Մուտացիաների արագությունը և քանակը կախված է ԴՆԹ-ի առաջնային կառուցվածքից: Որոշ գիտնականներ կարծում են, որ բացարձակապես բոլոր ԴՆԹ-ի հաջորդականությունները մուտագեն են, եթե դրանք ձևավորում են թեքություններ:
Ամենատարածված ինքնաբուխ մուտացիաները
Ո՞րն է գենետիկական նյութի ինքնաբուխ մուտացիաների ամենատարածված դրսեւորումը: Նման պայմանների օրինակներ են ազոտային հիմքերի կորուստը և ամինաթթուների հեռացումը: Ցիտոզինի մնացորդները համարվում են հատկապես զգայուն դրանց նկատմամբ։
Ապացուցված է, որ այսօր ողնաշարավորների կեսից ավելին ունի ցիտոզինի մնացորդների մուտացիա: Դեամինացիայից հետո մեթիլցիտոզինը փոխվում է տիմինի: Այս բաժնի հետագա պատճենումը կրկնում է սխալը կամ ջնջում այն, կամ կրկնապատկում ևփոխվում է նոր հատվածի։
Հաճախակի ինքնաբուխ մուտացիաների մեկ այլ պատճառ էլ կեղծոգենների մեծ քանակությունն է: Դրա պատճառով մեյոզի ժամանակ կարող են առաջանալ անհավասար հոմոլոգ ռեկոմբինացիաներ։ Սա հանգեցնում է գեների վերադասավորումների, շրջադարձերի և առանձին նուկլեոտիդային հաջորդականությունների կրկնապատկման:
Մուտագենեզի պոլիմերազային մոդել
Այս մոդելի համաձայն՝ ինքնաբուխ մուտացիաները տեղի են ունենում ԴՆԹ սինթեզող մոլեկուլների պատահական սխալների արդյունքում։ Առաջին անգամ նման մոդել է ներկայացրել Bresler-ը։ Նա ենթադրում է, որ մուտացիաները հայտնվում են այն պատճառով, որ պոլիմերազները որոշ դեպքերում հաջորդականության մեջ ներդնում են ոչ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդներ։
Տարիներ անց, երկար փորձարկումներից ու փորձերից հետո, այս տեսակետը հաստատվեց և ընդունվեց գիտական աշխարհում։ Որոշ օրինաչափություններ նույնիսկ ենթադրվում են, որոնք թույլ են տալիս գիտնականներին վերահսկել և ուղղորդել մուտացիաները՝ ԴՆԹ-ի որոշ հատվածներ ուլտրամանուշակագույն լույսի ներքո ենթարկելով: Այսպիսով, օրինակ, պարզվել է, որ ադենինը ամենից հաճախ ներկառուցված է վնասված եռյակի դիմաց:
Մուտագենեզի տավտոմերական մոդել
Մեկ այլ տեսություն, որը բացատրում է ինքնաբուխ և արհեստական մուտացիաները, առաջարկվել է Ուոթսոնի և Քրիքի կողմից (ԴՆԹ-ի կառուցվածքը հայտնաբերողները): Նրանք ենթադրեցին, որ մուտագենեզը հիմնված է որոշ ԴՆԹ-ի հիմքերի ունակության վրա՝ վերածվելու տավտոմերային ձևերի, որոնք փոխում են հիմքերի միացման եղանակը:
Հրապարակումից հետո վարկածը ակտիվորեն մշակվեց. Այնուհետև հայտնաբերվեցին նուկլեոտիդների նոր ձևերդրանք ճառագայթելով ուլտրամանուշակագույն լույսով. Սա գիտնականներին հետազոտության նոր հնարավորություններ է տվել: Ժամանակակից գիտությունը դեռևս քննարկում է տավտոմերային ձևերի դերը ինքնաբուխ մուտագենեզում և դրա ազդեցությունը հայտնաբերված մուտացիաների քանակի վրա։
Այլ մոդելներ
Հնարավոր է ինքնաբուխ մուտացիա՝ ԴՆԹ պոլիմերազների կողմից նուկլեինաթթուների ճանաչման խախտմամբ։ Պոլտաևը և համահեղինակները պարզեցին մեխանիզմը, որն ապահովում է փոխլրացման սկզբունքի համապատասխանությունը դուստր ԴՆԹ-ի մոլեկուլների սինթեզում: Այս մոդելը հնարավորություն տվեց ուսումնասիրել ինքնաբուխ մուտագենեզի առաջացման օրինաչափությունները։ Գիտնականներն իրենց հայտնագործությունը բացատրել են նրանով, որ ԴՆԹ-ի կառուցվածքի փոփոխության հիմնական պատճառը նուկլեոտիդների ոչ կանոնական զույգերի սինթեզն է։
Նրանք առաջարկեցին, որ բազայի փոխարինումը տեղի է ունենում ԴՆԹ-ի հատվածների դեամինացիայի պատճառով: Սա հանգեցնում է ցիտոզինի տիմինի կամ ուրացիլի փոփոխության: Նման մուտացիաների պատճառով առաջանում են անհամատեղելի նուկլեոտիդների զույգեր։ Հետևաբար, հաջորդ կրկնօրինակման ժամանակ տեղի է ունենում անցում (նուկլեոտիդային հիմքերի կետային փոխարինում):
Մուտացիաների դասակարգում. ինքնաբուխ
Գոյություն ունեն մուտացիաների տարբեր դասակարգումներ՝ կախված նրանից, թե որ չափանիշն է դրանց հիմքում ընկած: Գենի ֆունկցիայի փոփոխության բնույթին համապատասխան բաժանում կա՝.
- հիպոմորֆ (մուտացված ալելները սինթեզում են ավելի քիչ սպիտակուցներ, բայց դրանք նման են սկզբնականներին);
- ամորֆ (գենն ամբողջությամբ կորցրել է իր գործառույթները);
- հակամորֆ (մուտացված գենն ամբողջությամբ փոխում է այդ հատկանիշը, որը ներկայացնում է);- նեոմորֆ (նոր նշաններ են հայտնվում):
Բայց ավելի տարածված դասակարգում, որը բոլոր մուտացիաները բաժանում է փոփոխականին համամասնորենկառուցվածքը։ Կարևորում՝
1. Գենոմային մուտացիաներ. Դրանց թվում են պոլիպլոիդիան, այսինքն՝ գենոմի ձևավորումը եռակի կամ ավելի քրոմոսոմներով, և անուպլոիդիան, գենոմի քրոմոսոմների թիվը հապլոիդ թվի բազմապատիկ չէ։
2։ Քրոմոսոմային մուտացիաներ. Դիտարկվում են քրոմոսոմների առանձին հատվածների զգալի վերադասավորումներ։ Տեղի է ունենում տեղեկատվության կորուստ (ջնջում), դրա կրկնապատկում (կրկնապատկում), նուկլեոտիդային հաջորդականությունների ուղղության փոփոխություն (ինվերսիա), ինչպես նաև քրոմոսոմի հատվածների տեղափոխում այլ վայր (տրանսլոկացիա)։3. Գենային մուտացիա. Ամենատարածված մուտացիան. ԴՆԹ-ի շղթայում մի քանի պատահական ազոտային հիմքեր փոխարինվում են։
Մուտացիաների հետևանքները
Ինքնաբուխ մուտացիաները հանդիսանում են մարդկանց և կենդանիների ուռուցքների, պահեստային հիվանդությունների, օրգանների և հյուսվածքների դիսֆունկցիայի պատճառները: Եթե մուտացիայի ենթարկված բջիջը գտնվում է մեծ բազմաբջիջ օրգանիզմում, ապա մեծ հավանականությամբ այն կկործանվի՝ առաջացնելով ապոպտոզի (ծրագրավորված բջջային մահ): Օրգանիզմը վերահսկում է գենետիկական նյութի պահպանման գործընթացը և իմունային համակարգի օգնությամբ ազատվում բոլոր հնարավոր վնասված բջիջներից։
Հարյուր հազարներից մեկում T-լիմֆոցիտները ժամանակ չունեն ճանաչելու ախտահարված կառուցվածքը, և դա առաջացնում է բջիջների կլոն, որոնք նույնպես պարունակում են մուտացված գեն: Բջիջների կոնգլոմերատն արդեն ունի այլ գործառույթներ, արտադրում է թունավոր նյութեր և բացասաբար է ազդում օրգանիզմի ընդհանուր վիճակի վրա։
Եթե մուտացիան տեղի է ունեցել ոչ թե սոմատիկ, այլ սեռական բջջում, ապա փոփոխությունները կնկատվեն ժառանգների մոտ։ Նրանք ենդրսևորվում են օրգանների բնածին պաթոլոգիաներով, դեֆորմացիաներով, նյութափոխանակության խանգարումներով և պահեստավորման հիվանդություններով։
Ինքնաբուխ մուտացիաներ. նշանակությունը
Որոշ դեպքերում նախկինում անօգուտ թվացող մուտացիաները կարող են օգտակար լինել նոր կենսապայմաններին հարմարվելու համար: Սա ներկայացնում է մուտացիան որպես բնական ընտրության չափանիշ: Կենդանիները, թռչունները և միջատները քողարկվում են ըստ իրենց բնակության վայրի՝ գիշատիչներից պաշտպանվելու համար: Բայց եթե նրանց ապրելավայրը փոխվում է, ապա մուտացիաների օգնությամբ բնությունը փորձում է տեսակը պաշտպանել անհետացումից։ Նոր պայմաններում ամենաուժեղները գոյատևում են և այդ ունակությունը փոխանցում ուրիշներին:
Մուտացիա կարող է առաջանալ գենոմի ոչ ակտիվ հատվածներում, իսկ հետո ֆենոտիպում տեսանելի փոփոխություններ չեն նկատվում: «Ճեղքվածքը» հնարավոր է հայտնաբերել միայն կոնկրետ ուսումնասիրությունների օգնությամբ։ Սա անհրաժեշտ է հարակից կենդանիների տեսակների ծագումն ուսումնասիրելու և նրանց գենետիկական քարտեզները կազմելու համար։
Մուտացիաների ինքնաբուխության խնդիրը
Անցյալ դարի 40-ականներին կար մի տեսություն, որ մուտացիաները առաջանում են բացառապես արտաքին գործոնների ազդեցությամբ և օգնում են հարմարվել դրանց։ Այս տեսությունը ստուգելու համար մշակվել է փորձարկման և կրկնության հատուկ մեթոդ։
Պրոցեդուրան բաղկացած էր նրանից, որ նույն տեսակի մանրէների փոքր քանակությունը ցանվել է փորձանոթների վրա և մի քանի պատվաստումներից հետո դրանց վրա հակաբիոտիկներ են ավելացվել։ Միկրոօրգանիզմների մի մասը գոյատևեց և տեղափոխվեց նոր միջավայր: Տարբեր խողովակներից բակտերիաների համեմատությունը ցույց է տվել, որ դիմադրություն է առաջացելինքնաբուխ, ինչպես հակաբիոտիկների հետ շփումից առաջ, այնպես էլ հետո:
Կրկնելու մեթոդն այն էր, որ միկրոօրգանիզմները տեղափոխվում էին պինդ կտորի մեջ, այնուհետև միաժամանակ տեղափոխվում էին մի քանի մաքուր միջավայր: Նոր գաղութները մշակվեցին և բուժվեցին հակաբիոտիկներով: Արդյունքում, միջավայրի նույն մասերում տեղակայված բակտերիաները գոյատևեցին տարբեր փորձանոթներում։
