Химический   мутагенез.   Особенности   мутагенного   действия   химических   агентов. Факторы,     модифицирующие     мутационный     процесс.     Антимутагены.     Мутагены окружающей среды и методы их тестирования.

 


Методом введения большого числа точковых мутаций разной локализации в исследуемые части генов in vitro является химический мутагенез одноцепочечных участков рекомбинантных ДНК. Принцип метода заключается в том, что некоторые химические мутагены, такие как бисульфит натрия, гидроксиламин или метоксиламин, действуют только на одноцепочечные участки ДНК. Следовательно, получив молекулы ДНК, содержащие одноцепочечные бреши в исследуемых участках генов, можно с помощью бисульфита натрия дезаминировать остатки цитозина в этих участках, т.е. превратить их в остатки урацила.

В конце 40-х годов Рапопорт и Ауэрбах открыли существование мощных химических мутагенов. В последние годы показана возможность вызывать повреждение ДНК человека для целого ряда вирусов, различных паразитарных организмов и др. Факторами, индуцирующими спонтанный мутагенез, также являются ионизирующее и неионизирующее излучения, и химические агенты. Ионизирующее излучение (рентгеновское) проникая в ткани, разрывают химические связи, приводя к хромосомным перестройкам, разрывам или точковым мутациям. Неионизирующее излучение (УФ) вызывает фотохимические изменения в структуре ДНК. Это приводит к образованию ненормальных химических свзей между молекулами пиримидинов. Чаще всего образуются тиминовые димеры, реже димеры других пиримидинов. Химические соединения делятся на несколько групп: 1аналоги оснований по молекулярной структуре похожи на основания ДНК, приводят к мутациям потому, находясь в разных альтернативных состояниях, могут спариваться с нормальными основаниями. Н-р, 5-бромурацил в нормальном состоянии спаривается с аденином, а в редком таутомерном состоянии – с гуанином. В связи с этим возникает транзиция, когда 5-бромурацил включается в ДНК в нормальном состоянии, а при репликации ДНК превращается в таутомерную форму. Другой широко известный аналог основания – 2-аминопурин; 2агенты, модифицирующие основания – хим.соединения, изменяющие структуру и свойства основанй. К ним относятся дезаминирующие, алкилирующие, гидроксилиоующие соединения. Азотистая кислота (HNO2) – осуществляет окислительное дезаминирование, т.е. удаляет аминогруппы (-NH2) из таких оснований как гуанин, цитозин, аденин. Гуанин → ксантин, но, так как это пуриновое основание, то мутация не проявляется. После модификации цитозина получается урацил, в итоге происходит транзиция от C-G к Т-А в ходе репликации.также азотистая кислота модифицирует аденин в гипоксантин – основание спаривающееся с цитозином, а не с тимином,что продуцирует транзицию А-Т в G-C. Гидроксиламин (NH2OH) – специфично реагирует с цитозином, добавляя гидроксильную группу (-ОН), в результате чего он спаривается уже с аденином, а не гуанином. Индуцируется транзиция С-G в Т-А. Метиметансульфонат (ММС) – алкилирует гуанин, т.е. добавляет группы –СН или –СН2СН3 к кислороду в 6-ой позиции, в результате образуется О6-алкилгуанин или О6-метилгуанин, которые будут спариваться с тимином, а не с цитозином, давая транзицию G-C в А-Т; 3интеркалирующие агенты – встраивают встраиваюи основания в одной или обеих цепях ДНК. Сюда относят: акридин, профлавин, этидиумбромид. Если интеркалирующий агент встраивается между основаниями в матричной цепи ДНК, дополнительное основание включается во вновь синтезируемую цепь и возникает мутация сдвига рамки.

Мутации обладают следующими свойствами:* возникают внезапно, скачкообразно;* передаются из поколения в поколение (наследуются);* ненаправленны, т.е. под действием одного фактора может мутировать любой участок хромосомы;* одни и те же мутации могут возникать повторно.Факторы, способные вызывать мутации, называются мутагенными. Их воздействие на живые организмы приводит к появлению мутаций с частотой, превышающей уровень спонтанных мутаций. Различают следующие мутагенные факторы:* физические (к ним относятся все виды ионизирующих излучений - гамма- и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и др., ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры);* химические (многие алкилирующие соединения, аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот, некоторые биополимеры - чужеродные ДНК или РНК, алкалоиды и многие другие);* биологические (вирусы, бактерии). Часто мутагенные факторы называют мутагенами (от мутации и греческого genes - рождающий, рождённый). Мутагены, увеличивающие частоту мутаций в сотни раз (нитропроизводные мочевины) называются супермутагенами.Процесс образования мутаций с помощью физических или химических мутагенов называется мутагенезом.

Антимутагены (от анти... и мутагены), вещества, понижающие частоту мутаций, препятствующие мутагенному действию химических или физических агентов. А. условно можно разбить на 3 группы:

   Главная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как  полагают

генетики,  заключается  в   том,   что   вновь   возникающие   мутации,   не

«переработанные»  эволюционно,  отрицательно  повлияют  на  жизнеспособность

любых организмов. И если  поражение  зародышевых  клеток  может  привести  к

росту числа носителей мутантных генов и хромосом, то при  повреждении  генов

соматических клеток возможно возрастание числа  раковых  заболеваний.  Более

того, существует глубокая связь различных  на  первый  взгляд  биологических

эффектов.

   Например, мутагены окружающей  среды  влияют  на  величины  рекомбинаций

наследственных   молекул,   являющихся   также   источником   наследственных

изменений. Возможно и влияние на  функционирование  генов,  что  может  быть

причиной,  например,   тератологических   отклонений   (уродств),   наконец,

вероятны   поражения   ферментных    систем,    что    изменяет    различные

физиологические  особенности  организма,  вплоть  до  деятельности   нервной

системы, а следовательно, сказывается и на психике.  Генетическая  адаптация

популяций  человека  к  возрастающему   загрязнению   биосферы   мутагенными

факторами принципиально невозможна.

На данный момент в мире  уже  имеется  большое  число  квалифицированных

лабораторий, в которых проводятся достаточно  точные  испытания.  Только  за

последнее десятилетие предложено  свыше  трех  десятков  тест-систем,  часть

которых предназначена для  выявления  точковых  мутаций.  Задача  состоит  в

разработке  комплексных  тест-систем,  которые  могли  бы  давать  ответ  на

вопрос,  в  каких  условиях  потенциально  мутагенные  факторы  могут  стать

действующими  —  в  зависимости  от  каких  путей  попадания  в  организм  и

особенностей внутриклеточного обмена веществ, активирующего  или,  наоборот,

подавляющего  мутагенный  эффект.  Комплексные  наборы  биологических  тест-

систем для  массового  скрининга  предназначены  для  выявления  всех  типов

мутационных повреждений хромосом и .генов  и  должны  быть  чувствительны  к

малым  дозам  мутагенов.   Ведь   последствия   суммарного   и   длительного

воздействия низких доз  мутагенов  создают  наибольший  вклад  в  увеличение

генетического груза: достаточные для индукции  точковых  мутаций,  способных

накапливаться  в  поколениях,  они  к  тому  же  наиболее  распространены  в

окружающей среде.


Предыдущие материалы: Следующие материалы: