Мутации – фундаментальный двигатель эволюции. Источник как адаптивного разнообразия, так и генетических заболеваний. Это изменения в последовательности нуклеотидов ДНК или, реже, РНК. Составляющих генетический материал организма. Эти изменения могут затрагивать один нуклеотид (точечные мутации) или большие участки хромосом (хромосомные аберрации). Важно понимать, что мутации – это не всегда катастрофа. Многие из них нейтральны, некоторые даже полезны. Обеспечивая сырьё для естественного отбора.
Мутации могут быть спонтанными. Возникающими случайно в результате ошибок репликации ДНК. Индуцированными, вызванными внешними факторами. К последним относятся:
Содержание
Физические факторы
Ионизирующее излучение (рентгеновские лучи, гамма — излучение). Ультрафиолетовое излучение (солнечный свет) вызывают повреждения ДНК. Такие как димеры тимина (образование ковалентных связей между соседними тиминами в ДНК, что искажает структуру двойной спирали и препятствует нормальной репликации). Высокая энергия этих излучений ионизирует молекулы в клетке. Создавая свободные радикалы, которые повреждают ДНК.
Химические мутагены
Многие химические вещества, такие как бензопирен (содержится в сигаретном дыме). Афлатоксин (продукт плесневых грибов). Некоторые лекарственные препараты (например, некоторые цитостатики), способны взаимодействовать с ДНК. Вызывая модификации оснований, разрывы цепей или встраиваясь в ДНК. Это приводит к ошибкам при репликации. Многие канцерогены являются одновременно и мутагенами.
Биологические факторы
Некоторые вирусы, например, ретровирусы (например, ВИЧ). Интегрируют свою генетическую информацию в геном клетки — хозяина. Что может приводить к мутациям, вставкам или делециям в геноме хозяина. Транспозоны (также называемые «прыгающими генами») – подвижные элементы генома. Способные перемещаться по геному, вызывая инсерции или делеции.
Точечные мутации, как наиболее распространенный тип, включают
Замены оснований
Замена одного нуклеотида на другой. Может быть *синонимичной* (не меняет аминокислотную последовательность белка из-за вырожденности генетического кода). *миссенс* (меняет одну аминокислоту в белке. Что может повлиять на его функцию). *Нонсенс* (превращает кодон, кодирующий аминокислоту, в стоп — кодон. Приводя к преждевременной терминации синтеза белка и, как правило, нефункциональному белку).
Вставки и делеции
Добавление или удаление одного или нескольких нуклеотидов. Эти мутации, особенно если количество нуклеотидов не кратно трем, приводят к *сдвигу рамки считывания*. Это радикально изменяет аминокислотную последовательность белка после точки мутации.
Точечные мутации
Хромосомные мутации
– это крупномасштабные изменения в структуре или числе хромосом. Они могут возникать в результате ошибок в мейозе (образовании половых клеток). Митозе (делении соматических клеток) и включают:
Делеции
Утеря участка хромосомы. Последствия зависят от размера и местоположения делеции. Потеря больших участков хромосомы часто летальна.
Дупликации
Удвоение участка хромосомы. Может приводить к избытку продукта гена. Это может быть как полезным (например, в эволюции генов, кодирующих рибосомальные РНК), так и вредным (например, при синдроме Дауна, где трисомия 21 хромосомы – это своего рода трипликация части хромосомы).
Инверсии
Поворот участка хромосомы на 180 градусов. Может нарушать экспрессию генов. Расположенных в инвертированном участке.
Транслокации
Перенос участка хромосомы на другую хромосому. Или на другую часть той же хромосомы. Филадельфийская хромосома, характерная для хронического миелолейкоза. Является примером транслокации.
Последствия мутаций
Могут быть разнообразными: от не имеющих заметного эффекта (нейтральные мутации) до летальных. Однако важно подчеркнуть, что мутации – это не только источник болезней. Они являются основой генетического разнообразия. Обеспечивая материал для естественного отбора. Полезные мутации, повышающие приспособленность организма к окружающей среде. С большей вероятностью передадутся потомству. Способствуя эволюции видов. Изучение мутаций – ключевая область генетики и молекулярной биологии. Имеющая огромное значение для медицины, сельского хозяйства и биоинженерии. Понимание механизмов мутагенеза и их последствий позволяет разрабатывать методы диагностики. Лечения генетических заболеваний. Создавать новые сорта растений и животных с улучшенными характеристиками. Разрабатывать новые стратегии борьбы с раком и другими заболеваниями.