Мутации, их виды. Антимутагенез

Причинами возникновения наследственных болезней и аномалий развития являются факторы, способные изменить качественную или количественную характеристику генотипа (структуру отдельных генов, хромосом, их число), т.е. вызвать мутации. Такого рода факторы называют мутагенами.Они могут быть химической, физической и биологической природы. Отдельные гены, хромосомы и геном в целом постоянно претерпевают разнообразные изменения. Несмотря на то, что существуют механизмы репарации (восстановления) ДНК, часть повреждений и ошибок сохраняется. Изменения в последовательности и числе нуклеотидов в ДНК называют мутациями.

Мутации –стойкое, скачкообразное изменение в наследственном аппарате клетки, не связанное с обычной рекомбинацией генетического материала. С учетом различных критериев предложено несколько классификаций мутаций.

Все мутации классифицируют: по причине возникновения различают спонтанные и индуцированные мутации.

Спонтанные мутации – это мутации, возникшие самопроизвольно под влиянием естественных мутагенов экзо- или эндогенного происхождения. Причиной таких мутаций могут быть радиоактивные изотопы (К⁴⁰, радон), эндогенные химические мутагены (перекиси и свободные радикалы – аутомутагены), образующиеся в организме в процессе обмена веществ.

Индуцированные мутации – это мутации, вызванные специальным целенаправленным воздействием на организм факторов различного происхождения – физических, химических или биологических мутагенов.

К физическим мутагенам относятся ионизирующие излучения (α, β и γ- лучи, рентгеновское излучение, нейтроны) и УФ – излучение. Особенность ионизирующего излучения состоит в том, что оно может индуцировать мутации в низких дозах, не вызывающих лучевого поражения.

К химическим мутагенам относят спирты, кислоты, тяжелые металлы, соли и другие соединения. Химические мутагены содержатся в воздухе (мышьяк, фтор, сероводород, свинец и др.), почве (пестициды и др. химикаты), пищевых продуктах, в воде. Установлено, что многие лекарственные препараты обладают выраженной мутагенной активностью. Очень сильным мутагеном является конденсат сигаретного дыма, который содержит бензпирен. Особенность химических мутагенов состоит в том, что их действие зависит от дозы и стадии клеточного цикла. Чем выше доза мутагена, тем сильнее мутагенный эффект.

По виду клеток, в которых произошла мутация, выделяют гаметические, соматические и мозаичные мутации.

Гаметические мутации возникают в половых клетках организма. Их последствия сказываются на судьбе потомства и служат причиной наследственных заболеваний. Сам организм – носитель мутации не болеет.

Соматические мутации возникают в соматических клетках, носят случайный характер, могут возникать на любой стадии развития, начиная с зиготы. При соматических мутациях болезнь развивается у носителей мутаций, потомство от такого рода мутаций не страдает.

Мозаичные мутации – это мутации, которые возникают в клетках эмбриона или плода. В результате возникают клеточные линии с различными генотипами. Часть клеток организма имеет нормальный кариотип, а другая часть – аномальный. Чем раньше в онтогенезе происходит соматическая мутация, тем больше клеток содержит данную мутацию, тем больше выражены ее проявления.

По значениюразличают патогенные, нейтральные и благоприятные мутации.

Патогенные мутацииприводят к гибели эмбриона (или плода) или к развитию наследственных и врожденных заболеваний. Они делятся на летальные, полулетальные, нелетальные. Летальность может проявляться на уровне гамет, зигот, эмбрионов, плодов, а также после рождения.

Нейтральные мутации обычно не влияют на жизнедеятельность организма (например, мутации, вызывающие появление веснушек на коже, изменение цвета волос, радужной оболочки глаза).

Благоприятные мутации повышают жизнеспособность организма или вида (например, темная окраска кожных покровов у жителей африканского континента).

В зависимости от объема поврежденного материала мутации делятся на генные (изменения в отдельных генах), хромосомные (структурные хромосомные аберрации), геномные (изменения числа хромосом).

Важным условием для возникновения и реализации действия мутаций является несостоятельность системы репарации ДНК, что может быть детерминировано генетически или развиваться в процессе жизни под влиянием неблагоприятных факторов внешней или внутренней среды организма.

Антимутагенез – это процесс подавления спонтанных и индуцированных мутаций. Вещества, обладающие такими свойствами, называются антимутагенами. Существуют различные принципы классификации антимутагенов: 1) по происхождению: экзогенные и эндогенные, внутриклеточные и внеклеточные; 2) по механизму действия, 3) по химическому строению и антиканцерогенным свойствам антимутагенов.

Кэкзогенным антимутагенам относят:

1) антимутагены, содержащиеся в пищевых продуктах и попадающие в организм человека с пищей:

- незаменимые аминокислоты (метионин, гистидин, аргинин, глютаминовая кислота и др.);

- витамины и провитамины (преимущественно А, Е, С, К);

- полиненасыщенные жирные кислоты;

- микроэлементы (Se), хлорид кобальта;

- пищевые волокна.

2) антимутагены, проникающие в организм респираторным путем (фитонциды);

3) антимутагены, поступающие в организм человека перорально в процессе фармакотерапии, либо профилактического применения:

- лекарства (стрептомицин, левомицитин и др., применяемые в малых дозах);

- специально синтезированные лекарства (бемитил);

- биологически активные добавки (индол-3-карбинол и др.);

- синтетические антимутагены (ионол, дибунол и др.).

К эндогенным антимутагенам относят: антиоксидантную систему, систему репарации поврежденной ДНК, гормоны щитовидной железы, мелатонин, S-содержащие соединения (глутатион), некоторые клеточные метаболиты.