Mutationen sind ein wichtiges Studienobjekt für Zytogenetiker und Biochemiker. Es sind Mutationen, Gen- oder Chromosomen, die meistens die Ursache für Erbkrankheiten sind. Unter natürlichen Bedingungen treten chromosomale Umlagerungen sehr selten auf. Mutationen, die durch Chemikalien, biologische Mutagene oder physikalische Faktoren wie ionisierende Strahlung verursacht werden, sind häufig die Ursache für angeborene Fehlbildungen und bösartige Erkrankungen.
Allgemeine Informationen zu Mutationen
Hugh de Vries definierte eine Mutation als plötzliche Veränderung eines erblichen Merkmals. Dieses Phänomen findet sich im Genom aller lebenden Organismen, von Bakterien bis zum Menschen. Unter normalen Bedingungen treten Mutationen in Nukleinsäuren sehr selten auf, mit einer Häufigkeit von etwa 1 10–4 – 1 10–10.
Abhängig von der Menge an genetischem Material, das von den Veränderungen betroffen ist, werden Mutationen in genomische, chromosomale und genetische Mutationen eingeteilt. Genomische sind mit einer Veränderung der Chromosomenzahl verbunden (Monosomie, Trisomie, Tetrasomie); Chromosomen sind mit einer Veränderung in der Struktur des Individuums verbundenChromosomen (Deletionen, Duplikationen, Translokationen); Genmutationen betreffen ein einzelnes Gen. Wenn die Mutation nur ein Nukleotidpaar betraf, handelt es sich um eine Punktmutation.
Je nach Ursache werden spontane und induzierte Mutationen unterschieden.
Spontanmutationen
Spontane Mutationen entstehen im Körper unter dem Einfluss innerer Faktoren. Spontane Mutationen gelten als normal, sie führen selten zu schwerwiegenden Folgen für den Körper. Meistens treten solche Umlagerungen innerhalb desselben Gens auf, verbunden mit dem Austausch von Basen - Purin gegen ein anderes Purin (Übergang) oder Purin gegen Pyrimidin (Transversion).
Signifikant seltener treten spontane Mutationen in Chromosomen auf. Spontane Chromosomenmutationen werden normalerweise durch Translokationen (die Übertragung eines oder mehrerer Gene von einem Chromosom auf ein anderes) und Inversionen (Änderungen in der Sequenz von Genen in einem Chromosom) dargestellt.
Induzierte Umlagerungen
Induzierte Mutationen entstehen in den Körperzellen unter dem Einfluss von Chemikalien, Strahlung oder dem Replikationsmaterial von Viren. Solche Mutationen treten häufiger auf als spontane und haben schwerwiegendere Folgen. Sie wirken sich auf einzelne Gene und Gengruppen aus und blockieren die Synthese einzelner Proteine. Herbeigeführte Mutationen wirken sich oft global auf das Genom aus, unter dem Einfluss von Mutagenen erscheinen abnormale Chromosomen in der Zelle: Isochromosomen, Ringchromosomen, Dicentrics.
Mutagene verursachen neben chromosomalen Umlagerungen DNA-Schäden: Doppelstrangbrüche,die Bildung von DNA-Vernetzungen.
Beispiele für chemische Mutagene
Chemische Mutagene umfassen Nitrate, Nitrite, Stickstoffbasen-Analoga, salpetrige Säure, Pestizide, Hydroxylamin, einige Lebensmittelzusatzstoffe.
Salpetrige Säure bewirkt, dass die Aminogruppe von stickstoffh altigen Basen abgesp alten und durch eine andere Gruppe ersetzt wird. Dies führt zu Punktmutationen. Hydroxylamin verursacht auch chemisch induzierte Mutationen.
Nitrate und Nitrite in hohen Dosen erhöhen das Krebsrisiko. Einige Nahrungsergänzungsmittel verursachen Arylierungsreaktionen von Nukleinsäuren, was zu einer Störung von Transkriptions- und Translationsprozessen führt.
Chemische Mutagene sind sehr vielfältig. Oft sind es diese Substanzen, die induzierte Mutationen in Chromosomen verursachen.
Physikalische Mutagene
Physikalische Mutagene umfassen ionisierende Strahlung, hauptsächlich kurzwellige und ultraviolette Strahlung. Ultraviolett startet den Prozess der Lipidperoxidation in Membranen und provoziert die Bildung verschiedener Defekte in der DNA.
Röntgen- und Gammastrahlung provozieren Mutationen auf Chromosomenebene. Solche Zellen sind nicht teilungsfähig, sie sterben während der Apoptose. Induzierte Mutationen können auch einzelne Gene betreffen. Beispielsweise führt das Blockieren von Tumorsuppressorgenen zu Tumoren.
Beispiele für induzierte Umlagerungen
Beispiele für induzierte Mutationen sind verschiedene genetische Erkrankungen, die sich häufiger in dafür anfälligen Bereichen manifestierenExposition gegenüber einem physikalischen oder chemischen mutagenen Faktor. Es ist insbesondere bekannt, dass im indischen Bundesstaat Kerala, wo die jährliche effektive Dosis ionisierender Strahlung die Norm um das Zehnfache übersteigt, die Geburtenhäufigkeit von Kindern mit Down-Syndrom (Trisomie auf dem 21. Chromosom) erhöht ist. Im chinesischen Bezirk Yangjiang wurde im Boden eine große Menge radioaktives Monazit gefunden. Instabile Elemente in seiner Zusammensetzung (Cer, Thorium, Uran) zerfallen unter Freisetzung von Gamma-Quanten. Die Exposition gegenüber kurzwelliger Strahlung im Landkreis hat zu einer großen Anzahl von Geburten von Kindern mit Schreikatzen-Syndrom (Deletion eines großen Abschnitts des 8. Chromosoms) sowie zu einer erhöhten Krebsinzidenz geführt. Ein weiteres Beispiel: Im Januar 1987 wurde in der Ukraine im Zusammenhang mit dem Unfall von Tschernobyl eine Rekordzahl von Geburten von Kindern mit Down-Syndrom registriert. Im ersten Trimenon der Schwangerschaft ist der Fötus am empfindlichsten gegenüber den Wirkungen physikalischer und chemischer Mutagene, sodass eine kolossale Strahlendosis zu einer Zunahme der Häufigkeit von Chromosomenanomalien geführt hat.
Eines der berüchtigtsten chemischen Mutagene der Geschichte ist das Beruhigungsmittel Thalidomid, das in den 1950er Jahren in Deutschland hergestellt wurde. Die Einnahme dieses Medikaments hat zur Geburt vieler Kinder mit einer Vielzahl von genetischen Anomalien geführt.
Die Methode der induzierten Mutation wird häufig von Wissenschaftlern verwendet, um den besten Weg zur Bekämpfung von Autoimmunerkrankungen und genetischen Anomalien im Zusammenhang mit der Proteinhypersekretion zu finden.
