Welche Mutationen nennt man spontan? Wenn wir den Begriff in eine zugängliche Sprache übersetzen, dann sind dies natürliche Fehler, die im Prozess der Interaktion von genetischem Material mit der inneren und / oder äußeren Umgebung auftreten. Solche Mutationen sind normalerweise zufällig. Sie werden in den Genitalien und anderen Körperzellen beobachtet.
Exogene Mutationsursachen
Spontane Mutationen können unter dem Einfluss von Chemikalien, Strahlung, hohen oder niedrigen Temperaturen, verdünnter Luft oder hohem Druck auftreten.
Jedes Jahr absorbiert eine Person im Durchschnitt etwa ein Zehntel eines Rads ionisierender Strahlung, die den natürlichen Strahlungshintergrund ausmacht. Diese Zahl umfasst die Gammastrahlung aus dem Erdkern, den Sonnenwind und die Radioaktivität von Elementen, die in der Dicke der Erdkruste gefunden und in der Atmosphäre gelöst werden. Die erh altene Dosis hängt auch davon ab, wo sich die Person befindet. Ein Viertel aller spontanen Mutationen sind auf diesen Faktor zurückzuführen.
UV-Strahlung spielt entgegen der landläufigen Meinung eine untergeordnete Rolledas Auftreten von DNA-Abbrüchen, da es nicht tief genug in den menschlichen Körper eindringen kann. Aber die Haut leidet oft unter übermäßiger Sonneneinstrahlung (Melanom und andere Krebsarten). Allerdings mutieren Einzeller und Viren, wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt werden.
Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen können ebenfalls zu Veränderungen im Erbgut führen.
Endogene Mutationsursachen
Die Hauptgründe, warum spontane Mutationen auftreten können, bleiben endogene Faktoren. Dazu gehören metabolische Nebenprodukte, Fehler im Prozess der Replikation, Reparatur oder Rekombination und andere.
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Replikationsfehler:
- spontane Übergänge und Inversionen stickstoffh altiger Basen;
- falsche Insertion von Nukleotiden aufgrund von Fehlern in DNA-Polymerasen;- chemischer Austausch von Nukleotiden, zum Beispiel, Guanin-Cytosin zu Adenin-Guanin.
- Wiederherstellungsfehler:-Mutationen in den Genen, die für die Reparatur einzelner Abschnitte der DNA-Kette verantwortlich sind, nachdem sie unter dem Einfluss äußerer Faktoren gebrochen wurden.
- Probleme mit der Rekombination:- Fehler bei den Überkreuzungsprozessen während der Meiose oder Mitose führen zum Verlust und zur Vervollständigung von Basen.
Dies sind die Hauptfaktoren, die spontane Mutationen verursachen. Die Gründe für das Scheitern können in der Aktivierung von Mutatorgenen sowie in der Umwandlung sicherer chemischer Verbindungen in aktivere Stoffwechselprodukte liegen, die den Zellkern beeinflussen. Hinzu kommen strukturelle Faktoren. Dazu gehören Wiederholungen der Nukleotidsequenz in der Nähe der StelleKettenumlagerungen, das Vorhandensein zusätzlicher DNA-Abschnitte mit ähnlicher Struktur wie das Gen sowie bewegliche Elemente des Genoms.
Pathogenese der Mutation
Spontane Mutation tritt aufgrund des Einflusses aller oben genannten Faktoren auf, die zusammen oder getrennt in einem bestimmten Lebensabschnitt der Zelle wirken. Es gibt ein solches Phänomen wie eine gleitende Verletzung der Paarung der Tochter- und Mutter-DNA-Stränge. Infolgedessen werden häufig Schleifen aus Peptiden gebildet, die sich nicht ausreichend in die Sequenz einfügen konnten. Nach der Entfernung überschüssiger DNA-Fragmente aus dem Tochterstrang können die Loops sowohl reseziert (Deletionen) als auch eingebaut (Duplikationen, Insertionen) werden. Die aufgetretenen Veränderungen werden in den nächsten Zellteilungszyklen fixiert.
Die Häufigkeit und Anzahl der auftretenden Mutationen hängt von der Primärstruktur der DNA ab. Einige Wissenschaftler glauben, dass absolut alle DNA-Sequenzen mutagen sind, wenn sie Biegungen bilden.
Häufigste spontane Mutationen
Was ist die häufigste Manifestation spontaner Mutationen im Erbgut? Beispiele für solche Zustände sind der Verlust stickstoffh altiger Basen und die Entfernung von Aminosäuren. Cytosinreste gelten als besonders empfindlich gegenüber ihnen.
Es ist erwiesen, dass heute mehr als die Hälfte der Wirbeltiere eine Mutation von Cytosinresten aufweisen. Nach der Desaminierung wandelt sich Methylcytosin in Thymin um. Nachfolgendes Kopieren dieses Abschnitts wiederholt den Fehler oder löscht ihn oder verdoppelt undmutiert zu einem neuen Fragment.
Ein weiterer Grund für häufige spontane Mutationen ist eine große Anzahl von Pseudogenen. Aus diesem Grund können sich während der Meiose ungleiche homologe Rekombinationen bilden. Dabei kommt es zu Umordnungen in Genen, Drehungen und Verdopplungen einzelner Nukleotidsequenzen.
Polymerase-Modell der Mutagenese
Nach diesem Modell treten spontane Mutationen als Ergebnis zufälliger Fehler in den Molekülen auf, die DNA synthetisieren. Erstmals wurde ein solches Modell von Bresler vorgestellt. Er schlug vor, dass Mutationen aufgrund der Tatsache auftreten, dass Polymerasen in einigen Fällen nicht komplementäre Nukleotide in die Sequenz einfügen.
Jahre später, nach langwierigen Tests und Experimenten, wurde diese Sichtweise in der wissenschaftlichen Welt bestätigt und akzeptiert. Es wurden sogar bestimmte Muster abgeleitet, die es Wissenschaftlern ermöglichen, Mutationen zu kontrollieren und zu lenken, indem sie bestimmte Abschnitte der DNA ultraviolettem Licht aussetzen. So wurde beispielsweise festgestellt, dass Adenin am häufigsten gegenüber dem beschädigten Triplett eingebettet ist.
Tautomeres Modell der Mutagenese
Eine andere Theorie, die spontane und künstliche Mutationen erklärt, wurde von Watson und Crick (den Entdeckern der DNA-Struktur) vorgeschlagen. Sie schlugen vor, dass die Mutagenese auf der Fähigkeit einiger DNA-Basen beruht, sich in tautomere Formen zu verwandeln, die die Art und Weise verändern, wie die Basen verbunden sind.
Nach der Veröffentlichung wurde die Hypothese aktiv entwickelt. Danach wurden neue Formen von Nukleotiden entdecktBestrahlung mit ultraviolettem Licht. Dies eröffnete den Wissenschaftlern neue Forschungsmöglichkeiten. Die moderne Wissenschaft diskutiert immer noch die Rolle tautomerer Formen bei der spontanen Mutagenese und ihren Einfluss auf die Anzahl der nachgewiesenen Mutationen.
Andere Modelle
Spontane Mutation ist möglich, wenn die Erkennung von Nukleinsäuren durch DNA-Polymerasen verletzt wird. Poltaev und Co-Autoren klärten den Mechanismus auf, der die Einh altung des Prinzips der Komplementarität bei der Synthese von Tochter-DNA-Molekülen sicherstellt. Dieses Modell ermöglichte es, die Regelmäßigkeiten des Auftretens spontaner Mutagenese zu untersuchen. Wissenschaftler erklärten ihre Entdeckung damit, dass der Hauptgrund für die Veränderung der DNA-Struktur die Synthese von nicht-kanonischen Nukleotidpaaren ist.
Sie schlugen vor, dass die Basensubstitution aufgrund der Desaminierung von DNA-Segmenten auftritt. Dies führt zu einer Veränderung von Cytosin zu Thymin oder Uracil. Aufgrund solcher Mutationen werden Paare inkompatibler Nukleotide gebildet. Daher findet bei der nächsten Replikation eine Transition statt (punktueller Austausch von Nukleotidbasen).
Klassifizierung der Mutationen: spontan
Mutationen werden unterschiedlich klassifiziert, je nachdem, welches Kriterium ihnen zugrunde liegt. Es gibt eine Unterteilung nach Art der Funktionsänderung des Gens:
- hypomorph (mutierte Allele synthetisieren weniger Proteine, aber sie ähneln den ursprünglichen);
- amorph (das Gen hat seine Funktionen vollständig verloren);
- antimorph (das Das mutierte Gen verändert dieses Merkmal vollständig, was bedeutet);- neomorph (neue Zeichen erscheinen).
Aber eine gebräuchlichere Klassifikation, die alle Mutationen proportional zur Variablen aufteiltStruktur. Markieren:
1. Genomische Mutationen. Dazu gehören die Polyploidie, also die Bildung eines Genoms mit einem dreifachen oder mehr Chromosomensatz, und die Aneuploidie, die Anzahl der Chromosomen im Genom ist kein Vielfaches der haploiden Anzahl.
2. Chromosomale Mutationen. Signifikante Umlagerungen einzelner Chromosomenabschnitte werden beobachtet. Es kommt zu einem Informationsverlust (Deletion), ihrer Verdopplung (Duplikation), einer Richtungsänderung von Nukleotidsequenzen (Inversion) sowie der Übertragung von Chromosomenabschnitten an einen anderen Ort (Translokation).3. Gen Mutation. Die häufigste Mutation. In der DNA-Kette werden mehrere zufällige stickstoffh altige Basen ersetzt.
Folgen von Mutationen
Spontanmutationen sind die Ursachen von Tumoren, Speicherkrankheiten, Funktionsstörungen von Organen und Geweben bei Mensch und Tier. Befindet sich eine mutierte Zelle in einem großen vielzelligen Organismus, wird sie mit hoher Wahrscheinlichkeit durch Auslösen der Apoptose (programmierter Zelltod) zerstört. Der Körper steuert den Prozess der Erh altung des Erbguts und beseitigt mit Hilfe des Immunsystems alle möglichen geschädigten Zellen.
In einem Fall von Hunderttausenden haben T-Lymphozyten keine Zeit, die betroffene Struktur zu erkennen, und es entsteht ein Zellklon, der auch das mutierte Gen enthält. Das Zellkonglomerat hat bereits andere Funktionen, produziert Giftstoffe und wirkt sich negativ auf den Allgemeinzustand des Körpers aus.
Wenn die Mutation nicht in der somatischen, sondern in der Keimzelle aufgetreten ist, dann werden die Veränderungen bei den Nachkommen beobachtet. Sie sindäußern sich durch angeborene Organpathologien, Missbildungen, Stoffwechselstörungen und Speicherkrankheiten.
Spontanmutationen: Bedeutung
In einigen Fällen können zuvor scheinbar nutzlose Mutationen nützlich sein, um sich an neue Lebensbedingungen anzupassen. Dies stellt die Mutation als Maß für die natürliche Selektion dar. Tiere, Vögel und Insekten werden entsprechend ihrem Wohngebiet getarnt, um sich vor Fressfeinden zu schützen. Verändert sich jedoch ihr Lebensraum, dann versucht die Natur mit Hilfe von Mutationen, die Art vor dem Aussterben zu bewahren. Unter neuen Bedingungen überleben die Stärksten und geben diese Fähigkeit an andere weiter.
Mutationen können in inaktiven Regionen des Genoms auftreten, und dann werden keine sichtbaren Veränderungen im Phänotyp beobachtet. „Bruch“ist nur mit Hilfe spezifischer Studien nachweisbar. Dies ist notwendig, um die Herkunft verwandter Tierarten zu untersuchen und ihre genetischen Karten zu erstellen.
Das Problem der Spontaneität von Mutationen
In den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts gab es eine Theorie, dass Mutationen allein durch den Einfluss äußerer Faktoren verursacht werden und helfen, sich an diese anzupassen. Um diese Theorie zu testen, wurde ein spezielles Test- und Wiederholungsverfahren entwickelt.
Das Verfahren bestand darin, dass eine kleine Menge Bakterien der gleichen Art auf Reagenzgläser gesät und nach mehreren Impfungen mit Antibiotika versetzt wurden. Einige der Mikroorganismen überlebten und wurden auf ein neues Medium übertragen. Der Vergleich von Bakterien aus verschiedenen Röhrchen zeigte, dass Resistenzen auftratenspontan, sowohl vor als auch nach Antibiotikaeinwirkung.
Die Wiederholungsmethode bestand darin, dass Mikroorganismen auf ein flauschiges Tuch und dann gleichzeitig auf mehrere saubere Medien übertragen wurden. Neue Kolonien wurden kultiviert und mit einem Antibiotikum behandelt. Infolgedessen überlebten Bakterien, die sich in denselben Teilen des Mediums befanden, in verschiedenen Reagenzgläsern.
