Mutácie sú dôležitým predmetom štúdia cytogenetikov a biochemikov. Práve mutácie, génové alebo chromozomálne, sú najčastejšie príčinou dedičných ochorení. V prirodzených podmienkach sa chromozomálne preskupenia vyskytujú veľmi zriedkavo. Mutácie spôsobené chemikáliami, biologickými mutagénmi alebo fyzikálnymi faktormi, ako je ionizujúce žiarenie, sú často príčinou vrodených malformácií a malignít.
Všeobecné informácie o mutáciách
Hugh de Vries definoval mutáciu ako náhlu zmenu dedičného znaku. Tento jav sa nachádza v genóme všetkých živých organizmov, od baktérií až po ľudí. Za normálnych podmienok sa mutácie v nukleových kyselinách vyskytujú veľmi zriedkavo, s frekvenciou približne 1 10–4 – 1 10–10.
V závislosti od množstva genetického materiálu ovplyvneného zmenami sa mutácie delia na genómové, chromozomálne a génové. Genomické sú spojené so zmenou počtu chromozómov (monozómia, trizómia, tetrazómia); chromozomálne sú spojené so zmenou v štruktúre jedincachromozómy (delécie, duplikácie, translokácie); génové mutácie ovplyvňujú jeden gén. Ak mutácia postihla iba jeden pár nukleotidov, ide o bodovú mutáciu.
V závislosti od príčin, ktoré ich spôsobili, sa rozlišujú spontánne a indukované mutácie.
Spontánne mutácie
Spontánne mutácie sa vyskytujú v organizme pod vplyvom vnútorných faktorov. Spontánne mutácie sa považujú za normálne, zriedka vedú k vážnym následkom pre telo. Najčastejšie sa takéto preskupenia vyskytujú v rámci toho istého génu, spojené s nahradením báz - purínu za iný purín (prechod), alebo purínu za pyrimidín (transverzia).
Výrazne menej často dochádza k spontánnym mutáciám v chromozómoch. Chromozomálne spontánne mutácie sú zvyčajne reprezentované translokáciami (prenos jedného alebo viacerých génov z jedného chromozómu na druhý) a inverziami (zmeny v sekvencii génov v chromozóme).
Vyvolané preskupenia
Indukované mutácie sa vyskytujú v bunkách tela pod vplyvom chemikálií, žiarenia alebo replikačného materiálu vírusov. Takéto mutácie sa objavujú častejšie ako spontánne a majú vážnejšie následky. Ovplyvňujú jednotlivé gény a skupiny génov, blokujú syntézu jednotlivých bielkovín. Indukované mutácie často globálne ovplyvňujú genóm, práve pod vplyvom mutagénov sa v bunke objavujú abnormálne chromozómy: izochromozómy, kruhové chromozómy, dicentriká.
Mutagény okrem chromozomálnych preskupení spôsobujú poškodenie DNA: dvojvláknové zlomy,tvorba krížových väzieb DNA.
Príklady chemických mutagénov
Chemické mutagény zahŕňajú dusičnany, dusitany, analógy dusíkatých báz, kyselinu dusitú, pesticídy, hydroxylamín, niektoré potravinové prísady.
Kyselina dusitá spôsobuje, že sa aminoskupina odštiepi od dusíkatých zásad a nahradí sa inou skupinou. To vedie k bodovým mutáciám. Hydroxylamín tiež spôsobuje chemicky vyvolané mutácie.
Nitráty a dusitany vo vysokých dávkach zvyšujú riziko rakoviny. Niektoré výživové doplnky spôsobujú arylačné reakcie nukleových kyselín, čo vedie k narušeniu procesov transkripcie a translácie.
Chemické mutagény sú veľmi rôznorodé. Často sú to práve tieto látky, ktoré spôsobujú indukované mutácie v chromozómoch.
Fyzikálne mutagény
Fyzikálne mutagény zahŕňajú ionizujúce žiarenie, predovšetkým krátkovlnné a ultrafialové. Ultrafialové žiarenie spúšťa proces peroxidácie lipidov v membránach, vyvoláva tvorbu rôznych defektov v DNA.
Röntgenové a gama žiarenie vyvolávajú mutácie na úrovni chromozómov. Takéto bunky nie sú schopné delenia, odumierajú počas apoptózy. Indukované mutácie môžu ovplyvniť aj jednotlivé gény. Napríklad blokovanie nádorových supresorových génov vedie k nádorom.
Príklady vyvolaných preskupení
Príkladom indukovaných mutácií sú rôzne genetické ochorenia, ktoré sa častejšie prejavujú v oblastiach náchylných navystavenie fyzikálnym alebo chemickým mutagénnym faktorom. Je známe najmä to, že v indickom štáte Kerala, kde ročná efektívna dávka ionizujúceho žiarenia prekračuje normu 10-krát, je zvýšená frekvencia pôrodov detí s Downovým syndrómom (trizómia na 21. chromozóme). V čínskom okrese Yangjiang sa v pôde našlo veľké množstvo rádioaktívneho monazitu. Nestabilné prvky v jeho zložení (cér, tórium, urán) sa rozkladajú s uvoľňovaním gama kvánt. Vystavenie krátkovlnnému žiareniu v kraji viedlo k veľkému počtu pôrodov detí so syndrómom plačlivej mačky (vymazanie veľkej časti 8. chromozómu), ako aj k zvýšenému výskytu rakoviny. Ďalší príklad: v januári 1987 bol na Ukrajine zaregistrovaný rekordný počet pôrodov detí s Downovým syndrómom v súvislosti s haváriou v Černobyle. V prvom trimestri tehotenstva je plod najcitlivejší na účinky fyzikálnych a chemických mutagénov, takže kolosálna dávka žiarenia viedla k zvýšeniu frekvencie chromozómových anomálií.
Jedným z najznámejších chemických mutagénov v histórii je sedatívum talidomid, vyrábané v Nemecku v 50. rokoch minulého storočia. Užívanie tohto lieku viedlo k narodeniu mnohých detí so širokou škálou genetických abnormalít.
Metódu indukovanej mutácie bežne používajú vedci na nájdenie najlepšieho spôsobu boja proti autoimunitným ochoreniam a genetickým abnormalitám spojeným s hypersekréciou bielkovín.
