Mutationer är ett viktigt studieobjekt för cytogenetiker och biokemister. Det är mutationer, gen eller kromosomala, som oftast är orsaken till ärftliga sjukdomar. Under naturliga förhållanden förekommer kromosomförändringar mycket sällan. Mutationer orsakade av kemikalier, biologiska mutagener eller fysikaliska faktorer som joniserande strålning är ofta orsaken till medfödda missbildningar och maligniteter.
Allmän information om mutationer
Hugh de Vries definierade en mutation som en plötslig förändring i en ärftlig egenskap. Detta fenomen finns i genomet hos alla levande organismer, från bakterier till människor. Under normala förhållanden inträffar mutationer i nukleinsyror mycket sällan, med en frekvens på cirka 1 10–4 – 1 10–10.
Beroende på mängden genetiskt material som påverkas av förändringarna delas mutationer in i genomisk, kromosomal och gen. Genomiska sådana är förknippade med en förändring i antalet kromosomer (monosomi, trisomi, tetrasomi); kromosomala är förknippade med en förändring i individens strukturkromosomer (deletioner, duplikationer, translokationer); genmutationer påverkar en enskild gen. Om mutationen endast påverkade ett par nukleotider är det en punktmutation.
Beroende på orsakerna som orsakade dem, särskiljs spontana och inducerade mutationer.
Spontana mutationer
Spontana mutationer uppstår i kroppen under påverkan av inre faktorer. Spontana mutationer anses vara normala, de leder sällan till allvarliga konsekvenser för kroppen. Oftast sker sådana omarrangemang inom samma gen, associerade med ersättning av baser - purin för en annan purin (övergång), eller purin för pyrimidin (transversion).
Betydligt mindre ofta förekommer spontana mutationer i kromosomer. Kromosomala spontana mutationer representeras vanligtvis av translokationer (överföring av en eller flera gener från en kromosom till en annan) och inversioner (förändringar i sekvensen av gener i en kromosom).
Inducerade omarrangemang
Inducerade mutationer uppstår i kroppens celler under påverkan av kemikalier, strålning eller replikeringsmaterial från virus. Sådana mutationer uppträder oftare än spontana och har allvarligare konsekvenser. De påverkar individuella gener och grupper av gener och blockerar syntesen av enskilda proteiner. Inducerade mutationer påverkar ofta genomet glob alt, det är under påverkan av mutagener som onormala kromosomer uppstår i cellen: isokromosomer, ringkromosomer, dicentriker.
Mutagener, förutom kromosomförändringar, orsakar DNA-skador: dubbelsträngsbrott,bildandet av DNA-tvärbindningar.
Exempel på kemiska mutagener
Kemiska mutagener inkluderar nitrater, nitriter, kvävebasanaloger, salpetersyrlighet, bekämpningsmedel, hydroxylamin, vissa livsmedelstillsatser.
Salpetersyrlighet gör att aminogruppen klyvs från kvävebaser och ersätts av en annan grupp. Detta leder till punktmutationer. Hydroxylamin orsakar också kemiskt inducerade mutationer.
Nitrater och nitriter i höga doser ökar risken för cancer. Vissa näringstillskott orsakar aryleringsreaktioner av nukleinsyror, vilket leder till störningar av transkriptions- och translationsprocesser.
Kemiska mutagener är väldigt olika. Ofta är det dessa ämnen som orsakar inducerade mutationer i kromosomerna.
Fysiska mutagener
Fysiska mutagener inkluderar joniserande strålning, främst kortvågig och ultraviolett. Ultraviolett sätter igång processen med lipidperoxidation i membran, framkallar bildandet av olika defekter i DNA.
Röntgen- och gammastrålning framkallar mutationer på kromosomnivå. Sådana celler kan inte delas, de dör under apoptos. Inducerade mutationer kan också påverka enskilda gener. Blockering av tumörsuppressorgener leder till exempel till tumörer.
Exempel på inducerade omarrangemang
Exempel på inducerade mutationer är olika genetiska sjukdomar, som oftare manifesteras i områden som är benägna attexponering för en fysisk eller kemisk mutagen faktor. Det är särskilt känt att i den indiska delstaten Kerala, där den årliga effektiva dosen av joniserande strålning överstiger normen med 10 gånger, föds frekvensen av barn med Downs syndrom (trisomi på den 21:a kromosomen). I det kinesiska distriktet Yangjiang hittades en stor mängd radioaktiv monazit i jorden. Instabila element i dess sammansättning (cerium, torium, uran) sönderfaller med frigörandet av gammakvanta. Exponering för kortvågsstrålning i länet har lett till ett stort antal födslar av barn med gråtkattens syndrom (borttagning av en stor del av 8:e kromosomen), samt ökad cancerförekomst. Ett annat exempel: i januari 1987 registrerades ett rekordantal födslar av barn med Downs syndrom i Ukraina, i samband med Tjernobylolyckan. Under den första trimestern av graviditeten är fostret mest känsligt för effekterna av fysiska och kemiska mutagener, så en kolossal dos av strålning har lett till en ökning av frekvensen av kromosomavvikelser.
En av de mest ökända kemiska mutagenerna i historien är det lugnande medlet Thalidomide, tillverkat i Tyskland på 1950-talet. Att ta detta läkemedel har lett till att många barn har fötts med en mängd olika genetiska avvikelser.
Den inducerade mutationsmetoden används ofta av forskare för att hitta det bästa sättet att bekämpa autoimmuna sjukdomar och genetiska abnormiteter förknippade med proteinhyperutsöndring.
