Οι μεταλλάξεις αποτελούν σημαντικό αντικείμενο μελέτης για κυτταρογενετιστές και βιοχημικούς. Είναι μεταλλάξεις, γονιδιακές ή χρωμοσωμικές, που είναι συχνότερα η αιτία κληρονομικών ασθενειών. Υπό φυσικές συνθήκες, οι χρωμοσωμικές αναδιατάξεις συμβαίνουν πολύ σπάνια. Οι μεταλλάξεις που προκαλούνται από χημικές ουσίες, βιολογικούς μεταλλαξιογόνους παράγοντες ή φυσικούς παράγοντες όπως η ιονίζουσα ακτινοβολία είναι συχνά η αιτία συγγενών δυσπλασιών και κακοηθειών.
Γενικές πληροφορίες για τις μεταλλάξεις
Ο Hugh de Vries όρισε μια μετάλλαξη ως μια ξαφνική αλλαγή σε ένα κληρονομικό χαρακτηριστικό. Αυτό το φαινόμενο εντοπίζεται στο γονιδίωμα όλων των ζωντανών οργανισμών, από τα βακτήρια μέχρι τον άνθρωπο. Υπό κανονικές συνθήκες, μεταλλάξεις στα νουκλεϊκά οξέα συμβαίνουν πολύ σπάνια, με συχνότητα περίπου 1 10–4 – 1 10–10.
Ανάλογα με την ποσότητα του γενετικού υλικού που επηρεάζεται από τις αλλαγές, οι μεταλλάξεις χωρίζονται σε γονιδιωματικές, χρωμοσωμικές και γονιδιακές. Τα γονιδιωματικά σχετίζονται με μια αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων (μονοσωμία, τρισωμία, τετρασωμία). τα χρωμοσωμικά σχετίζονται με μια αλλαγή στη δομή του ατόμουχρωμοσώματα (διαγραφές, διπλασιασμοί, μετατοπίσεις). γονιδιακές μεταλλάξεις επηρεάζουν ένα μεμονωμένο γονίδιο. Εάν η μετάλλαξη επηρέασε μόνο ένα ζεύγος νουκλεοτιδίων, τότε πρόκειται για σημειακή μετάλλαξη.
Ανάλογα με τα αίτια που τις προκάλεσαν, διακρίνονται οι αυθόρμητες και οι επαγόμενες μεταλλάξεις.
Αυθόρμητες μεταλλάξεις
Αυθόρμητες μεταλλάξεις συμβαίνουν στο σώμα υπό την επίδραση εσωτερικών παραγόντων. Οι αυθόρμητες μεταλλάξεις θεωρούνται φυσιολογικές, σπάνια οδηγούν σε σοβαρές συνέπειες για τον οργανισμό. Τις περισσότερες φορές, τέτοιες αναδιατάξεις συμβαίνουν μέσα στο ίδιο γονίδιο, που σχετίζονται με την αντικατάσταση βάσεων - πουρίνης για άλλη πουρίνη (μετάβαση) ή πουρίνης για πυριμιδίνη (μεταστροφή).
Σημαντικά λιγότερο συχνά εμφανίζονται αυθόρμητες μεταλλάξεις στα χρωμοσώματα. Οι χρωμοσωμικές αυθόρμητες μεταλλάξεις συνήθως αντιπροσωπεύονται από μετατοπίσεις (μεταφορά ενός ή περισσότερων γονιδίων από ένα χρωμόσωμα σε άλλο) και αναστροφές (αλλαγές στην αλληλουχία γονιδίων σε ένα χρωμόσωμα).
Προκαλούμενες ανακατατάξεις
Οι επαγόμενες μεταλλάξεις συμβαίνουν στα κύτταρα του σώματος υπό την επίδραση χημικών ουσιών, ακτινοβολίας ή υλικού αναπαραγωγής ιών. Τέτοιες μεταλλάξεις εμφανίζονται πιο συχνά από τις αυθόρμητες και έχουν πιο σοβαρές συνέπειες. Επηρεάζουν μεμονωμένα γονίδια και ομάδες γονιδίων, εμποδίζοντας τη σύνθεση μεμονωμένων πρωτεϊνών. Οι επαγόμενες μεταλλάξεις συχνά επηρεάζουν συνολικά το γονιδίωμα, είναι υπό την επίδραση μεταλλαξιγόνων που εμφανίζονται μη φυσιολογικά χρωμοσώματα στο κύτταρο: ισοχρωμοσώματα, χρωμοσώματα δακτυλίου, δικεντρικά.
Μεταλλαξιογόνους παράγοντες, εκτός από τις χρωμοσωμικές αναδιατάξεις, προκαλούν βλάβη στο DNA: θραύσματα διπλού κλώνου,ο σχηματισμός σταυροδεσμών DNA.
Παραδείγματα χημικών μεταλλαξιγόνων
Οι χημικοί μεταλλαξιογόνοι παράγοντες περιλαμβάνουν νιτρικά, νιτρώδη, ανάλογα αζωτούχου βάσης, νιτρώδες οξύ, φυτοφάρμακα, υδροξυλαμίνη, ορισμένα πρόσθετα τροφίμων.
Το νιτρώδες οξύ προκαλεί τη διάσπαση της αμινομάδας από τις αζωτούχες βάσεις και την αντικατάστασή της από άλλη ομάδα. Αυτό οδηγεί σε σημειακές μεταλλάξεις. Η υδροξυλαμίνη προκαλεί επίσης χημικά επαγόμενες μεταλλάξεις.
Τα νιτρικά και τα νιτρώδη σε υψηλές δόσεις αυξάνουν τον κίνδυνο καρκίνου. Ορισμένα συμπληρώματα διατροφής προκαλούν αντιδράσεις αρυλίωσης των νουκλεϊκών οξέων, γεγονός που οδηγεί σε διακοπή των διαδικασιών μεταγραφής και μετάφρασης.
Τα χημικά μεταλλαξιογόνα είναι πολύ διαφορετικά. Συχνά είναι αυτές οι ουσίες που προκαλούν επαγόμενες μεταλλάξεις στα χρωμοσώματα.
Φυσικοί μεταλλαξιογόνοι παράγοντες
Οι φυσικοί μεταλλαξιογόνοι παράγοντες περιλαμβάνουν ιονίζουσα ακτινοβολία, κυρίως βραχέων κυμάτων και υπεριώδη ακτινοβολία. Η υπεριώδης ακτινοβολία ξεκινά τη διαδικασία της υπεροξείδωσης των λιπιδίων στις μεμβράνες, προκαλεί το σχηματισμό διαφόρων ελαττωμάτων στο DNA.
Οι ακτίνες Χ και η ακτινοβολία γάμμα προκαλούν μεταλλάξεις στο επίπεδο των χρωμοσωμάτων. Τέτοια κύτταρα δεν είναι ικανά να διαιρεθούν, πεθαίνουν κατά την απόπτωση. Οι επαγόμενες μεταλλάξεις μπορούν επίσης να επηρεάσουν μεμονωμένα γονίδια. Για παράδειγμα, ο αποκλεισμός των ογκοκατασταλτικών γονιδίων οδηγεί σε όγκους.
Παραδείγματα επαγόμενων ανακατατάξεων
Παραδείγματα επαγόμενων μεταλλάξεων είναι διάφορες γενετικές ασθένειες, οι οποίες εκδηλώνονται συχνότερα σε περιοχές επιρρεπείς σεέκθεση σε φυσικό ή χημικό μεταλλαξιογόνο παράγοντα. Είναι γνωστό, συγκεκριμένα, ότι στην ινδική πολιτεία της Κεράλα, όπου η ετήσια αποτελεσματική δόση ιονίζουσας ακτινοβολίας υπερβαίνει τον κανόνα κατά 10 φορές, η συχνότητα γέννησης παιδιών με σύνδρομο Down (τρισωμία στο 21ο χρωμόσωμα) αυξάνεται. Στην κινεζική συνοικία Yangjiang, βρέθηκε μεγάλη ποσότητα ραδιενεργού μοναζίτη στο έδαφος. Τα ασταθή στοιχεία στη σύνθεσή του (δημήτριο, θόριο, ουράνιο) διασπώνται με την απελευθέρωση γάμμα κβαντών. Η έκθεση στην ακτινοβολία βραχέων κυμάτων στον νομό οδήγησε σε μεγάλο αριθμό γεννήσεων παιδιών με σύνδρομο γάτας που κλαίει (διαγραφή μεγάλου τμήματος του 8ου χρωμοσώματος), καθώς και σε αυξημένη συχνότητα εμφάνισης καρκίνου. Ένα άλλο παράδειγμα: τον Ιανουάριο του 1987, καταγράφηκε στην Ουκρανία αριθμός ρεκόρ γεννήσεων παιδιών με σύνδρομο Down, που σχετίζεται με το ατύχημα του Τσερνομπίλ. Στο πρώτο τρίμηνο της εγκυμοσύνης, το έμβρυο είναι πιο ευαίσθητο στις επιδράσεις των φυσικών και χημικών μεταλλαξιγόνων, επομένως μια κολοσσιαία δόση ακτινοβολίας έχει οδηγήσει σε αύξηση της συχνότητας των χρωμοσωμικών ανωμαλιών.
Ένα από τα πιο διαβόητα χημικά μεταλλαξιογόνα στην ιστορία είναι το ηρεμιστικό Θαλιδομίδη, που κατασκευάστηκε στη Γερμανία τη δεκαετία του 1950. Η λήψη αυτού του φαρμάκου έχει οδηγήσει στη γέννηση πολλών παιδιών με μεγάλη ποικιλία γενετικών ανωμαλιών.
Η μέθοδος της επαγόμενης μετάλλαξης χρησιμοποιείται συνήθως από τους επιστήμονες για να βρουν τον καλύτερο τρόπο για την καταπολέμηση των αυτοάνοσων νοσημάτων και των γενετικών ανωμαλιών που σχετίζονται με την υπερέκκριση πρωτεΐνης.
