BioXplorer

Мутации можно вызвать в клетках покоящихся и в клетках делящихся. Есть мутагены, которые проявляют свою активность вне зависимости от того, делится клетка или нет (например, многие алкилирующие агенты, т. е. вещества, передающие алкильный радикал СН3, С2Н5 и др. атомам в ДНК, гидроксиламин и др.), но есть и такие, которые могут изменять наследственную запись только в момент деления клеток, когда происходит удвоение молекул ДНК (например, аналоги азотистых оснований).

Изучение химии взаимодействия мутагенов с ДНК выявило еще одно важное правило. Оказалось, что большинство мутагенов взаимодействует со строго определенными составными частями в ДНК. Вспомним, что ДНК составлена из двух сахаро-фосфатных цепей, к которым присоединены по их длине четыре типа азотистых оснований — аденин, тимин, гуанин и цитозин. Оказалось, что некоторые мутагены взаимодействуют только с цитозином, а другие только с аденином. Это позволяет использовать в некоторых случаях вполне определенные вещества, чтобы изменять вполне определенные части в ДНК.

За последние несколько лет стала вырисовываться еще одна важная закономерность. Bo время жизни клеток ее генетическая информация постоянно участвует в управлении синтезами внутри клеток, ведь именно в ДНК записана программа для синтеза белков в клетках. Когда эта наследственная программа переписывается особыми ферментами с молекул ДНК на другие молекулы, может также происходить индукция ошибок в ДНК. Мутации появляются и в момент размножения, молекул или во время обмена генетической информацией между хромосомами. Постепенно все яснее и яснее становится общее правило, что не только за счет искусственных и часто необычных воздействий на организм (ядами или излучением) происходят изменения в наследственности живых организмов на земле. И в обычных условиях, за счет нормально протекающих в организмах ферментативных процессов происходит накопление ошибок в ДНК, хотя, конечно, частота этого процесса много меньше, чем при воздействии сильно повреждающими агентами.

Изучение мутационного процесса стало важной отраслью современной генетики. С помощью мутагенов ученые получают нужные им организмы, которые затем используются в селекционной работе. Практически все микробы—продуценту антибиотиков, витаминов, других биологических активных веществ — получены с помощью мутагенной обработки. Мутанты все чаще используют в селекции растений. Так открытие Коржинского и де Фриза было поставлено на службу человека.

Стала выясняться и молекулярная основа мутаций.

Природа молекулярных изменений генов во время мутагенеза оставалась туманной до появления гипотезы Уотсона и Крика относительно структуры ДНК. Уже в этой гипотезе содержалось зерно будущих представлений о том, что обусловливает возникновение мутаций. По мысли авторов замена одного из нуклеотидов в паре аденин — тимин или гуанин—цитозин на не комплементарного партнера должна была привести к изменению генетической записи. Однако конкретная модель мутагенных изменений была предложена в 1959 г. Эрнстом Фризом и развита им в последующие 3—4 года.

Фриз предположил, что все случаи точечных мутаций с точки зрения их молекулярной природы можно разделить на два основных типа: простые и сложные замены. При простых заменах происходит замена пуринового основания пуриновым (например, место гуанина занимал аденин), а пиримидинового — пиримидиновым (замена тимина цитозином и наоборот). При сложной замене пуриновое основание заменяется пиримидиновым и наоборот. В настоящее время более распространенными являются термины транзиция (для простых замен) и трансверсия (для сложных замен).

Переход к генетическим исследованиям микроорганизмов совершившийся сразу после второй мировой войны, дал возможность колоссально увеличить разрешающую способность генетических методов. Это удобство работы с микробами, когда в руках исследователя в одном опыте может оказаться до миллиарда легко учитываемых особей, сказалось прежде всего в исследовании молекулярных механизмов мутагенеза Э. Фриз и его коллеги сумели быстро доказать, что подавляющее большинство мутаций является точечными. Этим на молекулярном уровне было подтверждено правило, впервые высказанное еще в 1926 г. русским генетиком С. С. Четвериковым. Наряду с этим в классификации Э. Фриза сохранились такие типы мутаций, которые были ранее описаны в классической генетике как делеция (утеря части гена), дупликация (удвоения частей генов или даже целых генов), инверсия (переворот на 180° участков генов), транслокация (перемещение генов). Развитие работ по генетике бактериофагов позволило доказать наличие ряда таких мутаций и прежде всего делеций.

Однако в своей трактовке молекулярной природы точечных мутаций Фриз не учел того, что наряду с транзициями и трансверсиями могут быть мутации, изменяющие количество оснований в гене. Этот промах был исправлен Кембриджской школой молекулярных генетиков, которые в 1961 г. сначала предсказали (Бреннер, Барнет, Крик и Оргель), а затем экспериментально доказали, что наряду с заменами существуют такие точечные мутации, когда один или несколько нуклеотидов внедряются или, наоборот, выпадают из структуры ДНК. Такие мутации изменяют чтение всего последующего участка гена от точки изменения, и они получили название «мутации сдвига чтения».

Другие статьи:

Сезонные ритмы
Их существование подтверждено многочисленными исследованиями экспериментального и клинического характера. Отметим некоторые основные особенности. В основе сезонных биоритмов признается изменение по сезонам года климатических и других при ...

Функциональная классификация генных мутаций
Изменения структуры гена, как правило, являются неблагоприятными, снижая жизнеспособность клетки, организма (вредные мутации), и иногда приводят к их гибели (летальные мутации). Реже возникающие мутации существенно не отражаются на жизнес ...

Прародина человека
Человек имеет не только биологические предпосылки в лице высокоразвитых животных – своих предшественников. Вся природа в целом представляет собой необходимую предпосылку для генезиса человека. Биологическое, таким образом, выступает лишь ...