Современные представления о причинах злокачественной трансформации клеток - превращении их в раковые - основано на двух группах фактов.
Первая из них - существование онкогенных вирусов, или ретровирусов, содержащих РНК в качестве генетического материала, ДНК-копии которых могут встраиваться в геном инфицируемой клетки (см. гл. 10). Результатом этого процесса может быть злокачественное новообразование. Онкогенные вирусы содержат онкоген, экспрессия которого и ответственна за канцерогенез. Этот механизм восходит к вирусо-генетической теории рака, предложенной в 1945 г. советским ученым Л. А. Зильбером.
Вторая группа фактов сводится к тому, что разнообразные внешние воздействия на клетки, в большинстве случаев (но не всегда) мутагенные, также могут привести к их превращению в раковые. Наследственные заболевания человека, связанные с нарушениями репарации (см. гл. 20), сопровождаются повышением мутабильности соматических клеток, судя по хромосомным аберрациям, и тоже характеризуются повышенной частотой злокачественных новообразований. Предположения о мутационной природе канцерогенеза высказываются с начала XX в., начиная с работы Т. Бовери (1914).
Таким образом, первая группа фактов побуждает искать причину рака в действии генетического материала, вносимого в клетку извне, а вторая - искать генетические причины рака в самой клетке. Эти подходы объединяют сведения о том, что в нормальных клетках существуют так называемые протоонкогены - гены, гомологичные онкогенам ретровирусов. Протоонкогены чрезвычайно консервативны и сходны в геномах человека, мыши, дрозофилы и даже дрожжей. Некоторые из них контролируют нормальное протекание клеточного цикла. Нельзя сказать, что механизм канцерогенеза выяснен, однако наиболее вероятной причиной представляется злокачественная трансформация клетки вследствие нарушения экспрессии некоторых ее генов (онкогенов, протоонкогенов) в результате мутационных или модификаци- о иных изменений, а также в результате вирусной инфекции.
В свете этих представлений распространение в окружающей среде генетически активных агентов может приводить не только к повышению частоты мутаций, но и к повышению частоты злокачественных новообразований. В связи с этим программы тестирования химических соединений различных физических и биологических факторов предусматривают выявление среди них потенциальных канцерогенов. Учитывая важность этой задачи, в международном масштабе разрабатываются чувствительные тест-системы выявления канцерогенов, координируемые Всемирной организацией здравоохранения и другими международными организациями. В частности, для выявления канцерогенов используются кратковременные тесты, перечисленные в табл. 21.3, дополненные прямым испытанием химических соединений на их способность вызывать злокачественную трансформацию в культурах клеток животных и человека, а также у животных (мыши, крысы, хомяки). При высоком уровне корреляции (до 90 %) мутагенных и канцерогенных свойств химических препаратов определенные трудности
возникают в связи с тем, что некоторые канцерогены генетически неактивны, а некоторые активные мутагены не являются канцерогенами. Дальнейшее совершенствование систем тестирования мутагенов и канцерогенов должно способствовать не только обеспечению генетической безопасности человека, но и пониманию механизмов канцерогенеза.
Все мероприятия по выявлению генетически активных факторов направлены на сведение к минимуму контактов человека с мутагенами. Новые химические соединения и другие генетически активные агенты изымаются из употребления или их применение строго ограничивается. В тех же случаях, когда человек вынужден с ними соприкасаться, необходимо иметь в резерве средства минимизации риска мутационных и канцерогенных изменений. Для этого необходимо знать пути мутагенеза и уметь вмешиваться в этот процесс. Становление мутации - процесс многоэтапный. В упрощенном виде его можно представить так, как это показано на схеме рис. 21.5. Многие мутагены, попадая в организм, включаются в цепи метаболических превращений и затем могут как активироваться, т. е. приобрести или повысить свою генетическую активность, так и инактивироваться, т. е. потерять ее. При этом необходимо учитывать организменные и клеточные барьеры проницаемости и способ попадания соединения в организм: через кожу; дыхательные пути и т. д.
Оказавшись внутри клетки, мутаген взаимодействует с генетическим материалом - с хроматином или непосредственно с ДНК ядра или клеточных органелл. В результате такого взаимодействия в ДНК возникают первичные изменения, которые по мнению одних авторов можно считать пред мутационными, а по мнению других эти изменения должны превратиться в предмутационные на следующем этапе.
Большинство предмутационных изменений устраняется системами репарации (см. гл. 6.12): конститутивная безошибочная репарация восстанавливает исходную структуру молекулы ДНК, а индуцибельная репарация, склонная к ошибкам, может фиксировать мутационные изменения. Фиксация мутации сопровождается ее фенотипическим проявлением, если мутация доминантна или если она находится в гомозиготе, будучи рецессивной, в отсутствие эпистатирующих генов или супрессоров в условиях, не вызывающих фенокопии нормы. Каждый из рассмотренных этапов может быть разбит на более дробные стадии.
В ряде случаев есть возможность вмешаться в процесс становления и проявления мутации. Если начать с последнего этапа - проявления мутации, то фе но копирование нормы - задача медицины и медицинской генетики, которые способны предотвращать развитие болезни во многих случаях наследственных патологий (гл. 20).
Рис. 21.5. Последовательные этапы возникновения и проявления мутаций. Пояснения в тексте
Развиваются исследования по антимутагенезу. Это понятие включает такие воздействия на клетку и организм, которые блокируют или уменьшают вероятность возникновения мутаций. Подобные воздействия могут стимулировать системы инактивации мутагенов или подавлять системы активации промутагенов, могут стимулировать процессы безошибочной репарации или непосредственно модифицировать мутаген, «отвлекать» его от генетического материала (рис. 21.5).
Антимутагепной активностью обладают радиопротекторы - соединения, способные уменьшать летальный эффект ионизирующей радиации, прежде всего серосодержащие аминокислоты: цистеин, I(истин, метионин и др.
Обычно для каждого конкретною мутагена антимутагенная активность специфична, что затрудняет поиски антимутагенов. Генетическую активность!\!"-мети ч- N"-ниrpo- N"-нитрозогуанидина
(МННГ) нейтрализует кровь млекопитающих, в которой основным антимутагеном (анти-МННГ) служит гемин. Ненасыщенные жирные кислоты, тониновая кислота и катехин, содержащийся в чае и кофе, некоторые витамины, например а-токоферол, и другие соединения обладают большей или меньшей антимутагенной активностью по отношению к отдельным мутагенам.
К сожалению, разнообразие исследованных соединений и объектов так велико, что не представляется возможным делать какие- либо обобщения о природе антимутагенных эффектов. Кроме того, исследователи обычно не могут контролировать различные этапы становления мутации (рис. 21.5). Отсутствуют тест-системы, специализированные для поиска антимутагенов.
Обращаясь к проблеме уменьшения генетической опасности, следует помнить, что человеческие популяции гетерогенны по многим признакам (см. гл. 20), в том числе по реакции на различные воздействия внешних факторов. Это обстоятельство уже учитывает фармако генетика, изучающая реакцию различных групп людей на лекарственные вещества. Известно, например, что у некоторых больных сульфаниламидные препараты вызывают гемолиз. Это связано с наследственной недостаточностью глю- козо-6-фосфатдегидрогеназы. Есть категория людей с наследственной болезненной реакцией на глюкокортикоиды. При применении этих препаратов у них повышается внутриглазное давление. Нестабильность некоторых мутантных форм гемоглобина сопряжена с гемолизом при применении окислителей.
Известна также наследственная чувстительность к действию некоторых мутагенов и канцерогенов. Например, люди с повышенной активностью арилгидрокарбонгидроксилазы склонны к заболеваниям раком легких в случае контакта с полициклическими углеводородами, которые после гидроксилирования указанным ферментом превращаются в эпоксиды, обладающие высокой канцерогенной активностью.
Эти обстоятельства необходимо учитывать в разных областях человеческой деятельности: при лечении больных, при профессиональном отборе людей, имеющих дело с различными производственными вредностями.
Итак, меры по обеспечению генетической безопасности человека связаны с решением многих проблем, обших для генетики и экологии, и прежде всего охраны окружающей среды от загрязнения. Генетическая токсикология делает при этом главный акцент на генетически активные факторы. Эта работа, начавшаяся в 60-х годах в связи с ростом темпов научно-технической революции, стала неотъемлемой частью и условием дальнейшего прогресса технологии во всех областях промышленности и сельского хозяйства. Генетическая безопасность человечества должна основываться и на знании популяционной генетики человека, учитывающей полиморфизм человеческих популяций, предрасположенность людей к отрицательным реакциям на различные факторы окружающей природной и производственной среды. При
выявлении мутагенной и канцерогенной активности многих веществ, используемых ныне в сельском хозяйстве, необходима большая осторожность в их применении. Перспектива отказа от использования этих генетически активных веществ связана с разработкой биологических методов борьбы с сорняками, насекомыми-вредителями и т. д. Учет этой перспективы, а также необходимость дальнейшей селекции полезных человеку организмов невозможны без бережного отношения к биологическим природным ресурсам. Особого внимания в этом деле заслуживает сохранение генофонда планеты, который представляет собой постоянный источник полезных форм, а теперь является источником конкретных генов, которые могут быть использованы для создания новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.
МУТАГЕНЕЗ (лат. mutatio - изменение, genes - рождающий) - процесс возникновения в организме наследственных изменений - мутаций.[ ...]
Мутагенез - (по И.И. Дедю, 1989 г.) - процесс возникновения мутаций под воздействием мутагенных факторов (чаще всего внешней среды - физических, химических, реже - биологических). Известны химический и радиационный мутагенез.[ ...]
Мутагенез - процесс образования мутаций.[ ...]
Факторы мутагенеза. К ним из физических воздействий кроме ионизирующего излучения, возможно, относятся электромагнитные поля. Установлено, например, повышение заболеваемости лейкемией у лиц, проживающих длительное время вблизи высоковольтных линий электропередачи. Из сотен тысяч разнообразных химических соединений, поступающих в среду в виде бытовых и производственных загрязнений, около 20% генотоксичны.[ ...]
Мутации и мутагенез. Исследования по изменчивости и селекции микроорганизмов в связи с развитием учения об антибиотиках стимулировало развитие работ по мутагенезу продуцентов витаминов, антибиотиков, ферментов и других биологически активных веществ. Микробиологи-селекционеры привлекали все известные методы изыскания новых форм микроорганизмов с повышенной биохимической активностью. Приспособление бактерий к разрушению нового синтетического органического соединения, не встречавшегося ранее в природе, требует от бактериальных клеток синтеза новых ферментов, т. е. изменения в генотипе. Генотипическая изменчивость наследственна.[ ...]
Химический мутагенез - явление возникновения изменений химической структуры молекул ДНК под действием химических загрязнителей.[ ...]
Индуцированный мутагенез позволяет значительно повысить частоту мутаций, то есть повысить наследственную изменчивость селекционируемого материала. Основной целью его применения в селекции рыб является увеличение генетической изменчивости за счет новых (индуцированных), в том числе и полезных, мутаций.[ ...]
Экспериментальный мутагенез как метод получения ценных форм сельскохозяйственных растений прочно вошел в селекционную практику. Используют как физические, так и химические мутагены. В качестве физических мутагенов чаще всего применяют ионизирующее излучение: гамма, рентгеновское и быстрые нейтроны. Сами селекционеры облучением не занимаются. Его проводят специалисты-физики. Удобнее всего облучать сухие семена. Для различных культур рекомендуют разные дозы облучения. Они должны быть на 15-20 % ниже критических (табл. 4).[ ...]
Экспериментальный мутагенез является способом создания генетического разнообразия растений. Его преимущества заключаются в возможности улучшения отдельных признаков растения без изменения остальных, в создании с помощью мутагенных воздействий новых форм растений, отсутствующих в природе и культуре. Ранее проводившимися исследованиями было установлено мутагенное действие индолилуксусной кислоты (ИУК) на растения. В данном опыте этот мутагенный фактор применялся с целью получения форм ячменя с наследственными изменениями, которые в дальнейшем могут быть использованы в селекции ярового ячменя.[ ...]
Другая особенность химического мутагенеза в опытах с белым толстолобиком заключается в том, что обработка спермы химическими агентами не вызывает значительного увеличения частоты видимых морфологических аномалий среди сеголетков. Даже для таких эффективных мутагенов, как НММ и НЭМ, количество аномальных особей составляет 1,5-3,0 %.[ ...]
Если применяется индуцированный мутагенез, ведут каталог мутантных популяций.[ ...]
Метод химического индуцированного мутагенеза применялся, например, при работах с казахстанским карпом. Эти соединения, избирательно воздействуя на ДНК хромосом, повреждают ее, что может привести к возникновению мутаций.[ ...]
Индуцированный (искусственно вызываемый) мутагенез - это возникновение наследственных изменений в результате воздействия на организм особыми агентами - мутагенами. В зависимости от природы мутагена различают радиационный и химический мутагенез.[ ...]
Популяции для отбора создаются путем гибридизации, мутагенеза и полиплоидизации, а при выведении самоопылениых линий - с помощью инбридинга. Образцы, которые вовлекаются в гибридизацию или подвергаются мутагенезу, полиплоидизации, инбридингу (а иногда как популяции непосредственно служат для отбора), выбирают среди коллекции образцов, представляющих исходный материал для селекции, после их изучения. В современной селекции преобладает индивидуальный отбор. Отбирают из популяции отдельные растения или соцветия (колосья, метелки). Как правило, при работе с зерновыми культурами за отбором в поле следует глазомерная браковка по качеству зерна в лаборатории. Потомства отобранных растений испытывают в течение нескольких поколений. Испытания заключаются в оценке урожайности и других хозяйственно важных свойств образцов. После каждого испытания большую часть потомств бракуют, а остальные снова оценивают. С каждым новым испытанием возрастает количество семян, появляется возможность увеличить площадь делянки, а с определенного момента - ввести повторность. Таким образом, точность опыта повышается.[ ...]
У многолетних октоплоидных форм пшеницы (2и = 56) методом искусственного мутагенеза нами получен ряд интересных форм: у неполегающего М 115 - № 6 (102), у М 990 - № 15/46, № 15/41 и др. Даже при сильных ветрах и затяжных холодных дождях вегетационного сезона 1976 г. у этих селекционных номеров полегания не было. В группе многоцветковых мутантов число зерен на один колосок колебалось от 4,0 до 5,8, в то время как у контроля (исходные сорта) число зерен на колосок, как правило, было 2,0-2,5. Отдельную очень важную группу составляют формы с повышенным содержанием белка в зерне. Если у исходных сортов в среднем за ряд лет содержание белка было 15.0-16,5%, то у некоторых новых форм - на 3-5% больше. У лучших линий протеина в зерне содержится более 20%.[ ...]
В работе сформулирована следующая точка зрения на эту проблему в случае мутагенеза: мутагенное воздействие не имеет порога; противодействие защитных систем клеток слабым воздействиям приводит к инактивации, удалению данного вещества и залечиванию повреждений; ответная реакция организма на воздействие также не имеет порога в самом широком диапазоне воздействий; появление выраженного патологического признака имеет порог, он возникает только тогда, когда исчерпаны защитные возможности клеток и организма.[ ...]
Мутационные изменения снижают жизнеспособность организма в 1-2-кратном соотношении со скоростью гаметного мутагенеза. Наряду с прямым канцерогенным эффектом - мутациями, нарушающими взаимодействие клеточных клонов в процессе их роста и трансформации, происходит нарушение контрольных функций гормональной и иммунной систем, на фоне которого возрастает риск злокачественных новообразований как хемотоксичной, так и вирусной этиологии. Мутагенез, сопровождающий встраивание вирусной частицы в клеточный геном, также может возрастать вследствие иммунной недостаточности организма, появления новых штаммов вирусов или того и другого.[ ...]
Способность культур к детоксикации усиливается путем их адаптации к пестицидам, а также в результате химического мутагенеза. Методами генной инженерии производят микроорганизмы-мутанты, способные эффективно разрушать ксенобиотики. Кроме того, не следует сбрасывать со счета самоочищение почв в результате деградации пестицидов различными путями: чисто химическое разрушение, фотоокисление, вымывание, улетучивание, детоксикация при участии животных и растений. Однако основным процессом биодеградации пестицидов является микробиологическое разложение и трансформация.[ ...]
Способ создания популяцийЪо многом зависит от культуры. Так, яри работе с ячменем хороший результат дает и гибридизация, и мутагенез. В селекции пшеницы широко используется гибридизация, а автополиплоидия не имеет перспективы. Напротив, у ржи ав-тополиплоиды представляют селекционную ценность.[ ...]
Известно, что при постоянном употреблении воды с повышенным содержанием нитратов (свыше 150 мг/л) нарушается обмен веществ, усиливается мутагенез, вызывающий тяжелую болезнь - токсический цианоз (метгемоглобинемия). Особенно страдают от этой болезни дети.[ ...]
Однако вопрос о пороговости эффекта воздействия не столь ясен, если речь идет не о токсическом воздействии какого-либо вещества, а о химическом или радиационном мутагенезе.[ ...]
Изучение изменчивости патогенных бактерий привело к открытию вакцин и созданию современных методов диагностики инфекционных заболеваний. Использование экспериментального мутагенеза позволило созвать высокоактивные расы и мутанты продуцентов антибиотиков. Литература по изменчивости кишечных бактерий (Г. П. Калина и Д. Г. Кудлай ), дрожжей (В. И. Кудрявцев ), анаэробных целлюлозных бактерий (М. Н. Ротмистров ) позволяет считать исследования в этой области очень важными. Нельзя сомневаться, что исследования по изменчивости и селекции микробов, разрушающих синтетические загрязнители промышленных стоков, окажутся не менее плодотворными.[ ...]
Биохимические способы наиболее перспективны. Здесь имеются два направления: воздействие на внутриклеточные пути окисления,- без затрагивания генетической основы клетки, и направленный мутагенез с созданием культур бактерий с заданными свойствами. Уже получены многообещающие результаты в исследованиях по обоим направлениям, однако исследования еще не закончены и не вышли из стадии лабораторного эксперимента.[ ...]
Увеличение концентраций нитратов в подземных водах неблагоприятно влияет на здоровье человека, вызывая отрицательное действие на сердечно-сосудистую систему, нарушение обмена веществ, усиление мутагенеза и т. д. Особенно неблагоприятно влияние нитратов на детский организм, вызывающее тяжелую болезнь - метаглобиномию.[ ...]
Отмечена возможность отдаленных последствий для организма при применении пестицидов. Этим обусловлена необходимость тщательного изучения влияния указанных соединений на деление клеток млекопитающих. Канцерогенез, мутагенез и тератогенез могут явиться нежелательными последствиями воздействия как самих синтетических органических соединений, так и их метаболитов.[ ...]
Действие ядовитых (токсичных) соединений на гидробионты проявляется в зависимости от их концентрации. При больших концентрациях ядовитых соединений наступает гибель гидробионтов, при малых - изменяются обмен веществ, темп развития, мутагенез (наследственные признаки), потеря способности к размножению и др. Так как отдельные популяции (например, зоопланктон) очень чувствительны к токсичным веществам, то уже небольшие концентрации последних вызывают гибель отдельных популяций, что влияет на биоценоз в целом.[ ...]
На рис. 1 представлено распределение детей-носителей различных видов хромосомных аберраций. У большинства детей, проживающих в чистых районах (контрольная группа), обнаружены одиночные хроматидные фрагменты-аберрации, характерные для спонтанного мутагенеза, и только 2 ребенка (12,5%) являлись носителями парных хромосомных фрагментов. Видно, что самая высокая доля лиц-носителей простых аберраций хромосомного типа (парных фрагментов, центромерных разрывов, делеций) выявлена в группе детей 1982 начало 1986 г. р., получивших в момент аварии высокую дозовую нагрузку на щитовидную железу (зарегистрированная доза составляла 200 Бэр и выше). Доля детей-носителей парных фрагментов, центромерных разрывов, делеций в группах внутриутробно облученных детей и детей, родившихся после аварии в 1987-92 гг., несколько выше, чем группах детей 1982- начало 1986 г. р., (с необлученной щитовидной железой) и 1994-2000 г. р.[ ...]
Как показали работы с казахстанским карпом, у потомков первого поколения после мутагенного воздействия наблюдается повышенная фенотипическая изменчивость по многим количественным признакам, в том числе и по массе тела. Применение индуцированного мутагенеза целесообразно при сильном истощении генетической изменчивости в селекционируемом стаде.[ ...]
Специальные генетические методы. В отличие от традиционных такие методы предполагают прямое воздействие на механизм наследственности, ведущие к изменению структуры отдельных генов, хромосом и генотипы в целом. К таким методам относятся: индуцированный мутагенез, индуцированный гиногенез, и андро-генез, регуляция пола, получение стерильных рыб и др. Перспективы использования таких методов на рыбах связаны с биологическими особенностями последних и прежде всего с высокой плодовитостью и внешним оплодотворением.[ ...]
Сравнение некоторых изометимеров (метилаз, узнающих идентичные нуклеотидные последовательности) позволило в вариабельных участках выделить схожие последовательности, которые, как предполагается, ответственны за узнавание субстрата . Таким образом, вариабельность специфичности метилаз обеспечивается комбинациями узнающих участков в главном остове, в котором сосредоточены узлы связывания Адо-мет и введения СН3-группы в 5-ое положение цитозина.[ ...]
Рост численности населения, «демографический взрыв». Ресурсный кризис: земельные ресурсы (почва, минеральные ресурсы), энергетические ресурсы. Возрастание агрессивности среды: загрязнение вод и атмосферного воздуха, рост патогенности микроорганизмов. Изменение генофонда: факторы мутагенеза, дрейф генов, естественный отбор.[ ...]
Предполагалось исследования биоты проводить на биоценотическом (состав биоты, ее изменения, функциональная жизнедеятельность и биологическая продуктивность), видовом (динамика популяций индикаторных видов), физиологическом (фотосинтез, дыхание, рост, размножение) и молекулярно-генетическом (мутагенез, тератогенез) уровнях. Эти исследования должны быть тесно связаны с наблюдениями за абиотической составляющей биосферы.[ ...]
Из всего вышесказанного следует, что в работе с белым толстолобиком основное внимание должно уделяться гибридизации. Однако на успех гибридизации будет влиять недостаток исходного селекционного материала. В устранении этого «узкого места» может оказаться полезным такой генетический прием, как индуцированный мутагенез.[ ...]
Пока еще трудно говорить о влиянии техногенного превышения естественного фона радиации на биоту экосферы. Мы еще не знаем, как может сказаться на биоте океана разгерметизация затопленных контейнеров с радионуклидами и реакторов затонувших подводных лодок. Во всяком случае можно предполагать некоторое повышение уровня мутагенеза.[ ...]
На земном шаре практически не осталось территорий с первозданной природой, чистых естественных растительных сообществ. Ускоряются сукцессии, элементом которых стало полное исчезновение растений или переход их в категорию редких и исчезающих видов. Повышение антропогенной нагрузки ведет к усилению процессов гибридогенеза, мутагенеза, канцерогенеза, влияющих на мировой генетический фонд. Так, многие из основных зерновых культур в развитых странах имеют ограниченную генетическую базу, наблюдается генетическая эрозия видов. В результате опустынивания, сведения лесов, прежде всего дождевых, уменьшения гетерогенности экосистем, снижения супрессивности почв человек может потерять многие виды, так и не узнав об их существовании и роли, которую они играли.[ ...]
Ростовые вещества необходимы для формирования биоценозов активного ила, усиления биохимической активности бактерий, разрушающих разнообразные загрязнения, а также для поддержания оптимальных условий, влияющих на биохимическую активность микроорганизмов. Важны они и для выделения и селекции новых штаммов микроорганизмов с высокой специфической активностью . Ростовые вещества активных илов изучают в экологическом, биохимическом и генетическом аспектах, особенно при использовании мутагенеза для получения высокоактивных культур бактерий-деструкторов . Указанные вопросы подробно освещены в специальных исследованиях .[ ...]
Известно, что сильным мутагенным действием па ДНК обладает N-метил-К -нитро-]М-нитрозогуанидин. Зингер и Френкель-Конрат показали, что это соединение легко инактивирует РНК ВТМ; частота мутаций при этом оказывается очень низкой. Интактные вирусные частицы инактивируются этим соединением значительно медленнее, а частота мутаций при этом высока. Химический механизм мутагенного действия этого соединения не установлен. В водной среде происходит метилирование гуанина в положении 7, но, по-видимому, не эта реакция лежит в основе мутагенеза .[ ...]
Огромный материал по влиянию радиации на растительность дало исследование последствий радиационных аварий на Южном Урале и в Чернобыле (обзор см. Sokolov, Krivolutsky, 1998). Хотя изученные там уровни радиационной нагрузки во много раз превышают обычно существующие в окрестностях АЭС, некоторые общие закономерности, обнаруженные на этих радиационной сильно загрязненных территориях приложимы и к территориям с малыми уровнями загрязнений. Оказалось, что на загрязненных территориях (и в соответствующих экспериментах) уровень спонтанного мутагенеза у всех изученных видов растений (определяемый по наличию аномальных хромосом) всегда заметно отличается (Шевченко и др., 1993). Об этом же говорят и данные по сельскохозяйственным растениям (обзор см. Пристер и др. 1991). Мутации у растения традесканция возникали при облучении в дозе всего 2,5 мГр (Sparrow et al., 1972).[ ...]
Переходя от экотипов к еще более детальному анализу популяционных структур, биологи приобретают все больший навык выявления связанной с отбором изменчивости внутри небольших локальных популяций. Такая изменчивость известна как полиморфизм. Точнее говоря, генетический полиморфизм - это «сосуществование в пределах одного и того же местообитания двух или более отчетливо различимых внутривидовых форм, причем в таких соотношениях, что постоянное присутствие редчайшей из этих форм не может быть отнесено только на счет непрерывного мутагенеза и иммиграции» (Рог [ ...]
Различия в числе геномов накладывают отпечаток на приспособляемость и устойчивость вида в меняющихся условиях окружающей среды. Увеличение числа генов, рекомбинаций и особенно гетерозигот-ности, вероятно, способствует более энергичному развитию и лучшей приспособляемости. Полиплоиды - чукучановые и некоторые карповые (карп, серебряный карась, усач) - по сравнению с диплоидными представителями родственных таксонов отличаются большими размерами, дольше живут, у них выше экологическая приспособляемость. В свете этих данных находит объяснение другая особенность химического мутагенеза в опытах с белым толстолобиком, связанная с реализацией большинства нарушений, вызванных мутагенами в эмбриональном периоде.[ ...]
Под влиянием всех указанных факторов - химических, физических и биологических - микроорганизмы изменяют свои свойства. У бактерий могут изменяться форма отдельных особей и колоний, биохимические свойства, спорообразование, гшгментообразование, бродильная активность, патогенность и т. д. В настоящее время установлено, что изменчивость бактерий - это химический процесс, происходящий на молекулярном уровне. Изучая изменчивость различных микроорганизмов, исследователи научились управлять этим процессом, создавая виды бактерий, обладающие нужными человеку свойствами. Согласно современным взглядам, наследственная передача новых свойств происходит при воздействии различных факторов, например рентгеновских лучей, на определенный участок нуклеиновой кислоты, являющейся носителем, наследственности в клетке. Этот участок нуклеиновой кислоты изменится и новое свойство будет передано по наследству последующим поколениям бактерий. Такой процесс называется направленным мутагенезом .
Мутация всегда происходит внезапно. Генетический материал организма изменяется: что-то происходит внутри хромосом или генов, и эти перемены обычно видны невооруженным глазом. В некоторых случаях последствия тяжелы, а иногда для организма возможен Мутация не возникает сама по себе. Причиной всегда становится мутагенный фактор.
Что такое мутагенные факторы?
Изменения, происходящие в генах и хромосомах, изучает наука генетика. Она же и дает научное определение мутагенам.
Мутагенные факторы - это химические или физические агенты, вызывающие изменения генетического материала клетки. Природа этих агентов может быть различной, на этом положении и основывается их классификация.
Виды мутагенов
В зависимости от их происхождения выделяют физические, химические и биологические мутагены. Любой мутагенный фактор можно отнести к одной из этих трех основных групп.
Воздействие враждебных клетке агентов может быть направлено непосредственно на ДНК, и тогда молекула генетического материала теряет исходную структуру. Некоторые мутагены вмешиваются в процесс деления клетки, и в результате наследственный материал распределяется неправильно. Существуют, однако, и вещества, которые сами по себе к мутагенам отнести нельзя. Но воздействие на такое химическое соединение определенных ферментов превращает его в самый настоящий мутагенный фактор. Эти вещества, имеющие мутагенный «потенциал», называют промутагенами.
Мутагенные факторы. Примеры
К мутагенам физического происхождения можно отнести источники воздействие ультрафиолета, аномально высокие или низкие температуры, влажность.
К примеру, волны ультрафиолетового излучения, имеющие длину свыше 260 нм, поглощаются клеткой листа растения и вызывают образование в ней нехарактерных пиримидиновых димеров (соединений в цепи ДНК), которые, в свою очередь, становятся причиной ошибок в считывании генетического материала. В результате новые клетки получают с «неправильной» структурой.
Многие химические вещества относятся к мутагенам и промутагенам. Примерами могут служить активные формы кислорода, нитраты и нитриты, некоторые металлы, лекарства и те вещества, которых до появления человечества в природе не существовало (бытовая химия, пищевые добавки и консерванты).
К примеру, беременная женщина может не знать о своем положении и принимать некоторые антибиотики, опасные для плода. В результате у ребенка могут развиться вызванные мутациями.
Результатом воздействия таких биологических агентов на клетку является процесс, который называется инфекционным мутагенезом. К примеру, бактерия Helicobacter pylori, живущая в кишечнике и желудке человека, может вызывать воспалительные процессы на слизистой. Воспаление изменяет нормальный ход окислительно-восстановительных процессов в поврежденных клетках, что меняет и структуру генетического материала в них. Нарушаются процессы восстановления ДНК и ход нормального деления молекулы. Результат - мутации.
Несколько слов о процессе мутагенеза
Мутагенез - это сам процесс возникновения мутации. Какими же механизмами он может происходить?
Самые сильные мутагенные факторы вызывают так называемую хромосомную нестабильность. В результате генетический материал либо распределяется в разделившихся клетках неравномерно, либо изменяется сама структура хромосомы. К примеру, две хромосомы под воздействием агрессивного агента обмениваются своими участками.
Мутагенный фактор может также изменить последовательность нуклеиновых кислот ДНК. Интересно, оказываются летальными или являются причиной очень серьезных заболеваний, когда затронуты важные нуклеотиды, но могут они происходить и без патологий, если такие последовательности нуклеиновых кислот не повреждаются.
Как защитить себя от воздействия мутагенов?
Мутагенные факторы не вездесущи, поэтому предпринять определенные меры профилактики все же будет полезно.
Антиоксиданты - важная группа соединений, препятствующих воздействию канцерогенов. Они могут помочь и защититься от разного рода враждебных химических агентов. Примерами антиоксидантов являются витамины А, В и Е, бета-каротины и флавоноиды. Эти вещества в очень большом количестве содержатся в овощах и фруктах, а также в зеленом чае.
Важно стараться защищать себя от воздействия неблагоприятных физических агентов, таких как УФ-излучение или табачный дым. К примеру, в Австралии проживает очень большое количество светлокожих людей, и там часто стоит солнечная погода. Процент заболевших меланомой в этой стране, к сожалению, высок.
С осторожностью нужно принимать антибиотики, внимательно относиться к продуктам питания и стараться свести к минимуму потребление консервантов. Идеально, конечно же, было бы придерживаться принципов здорового питания.
Мутагенные факторы среды сильны. Однако защитить себя от их воздействия вполне реально, если внимательно относиться к своему здоровью.
Прочитайте:
|
Любые мутации могут возникнуть спонтанно или быть индуцированными. Спонтанные мутации появляются под влиянием неизвестных природных факторов и приводят к ошибкам при репликации ДНК. Индуцированные мутации возникают под воздействием специальных направленных факторов, повышающих мутационный процесс. Мутагенным действием обладают факторы физической, химической и биологической природы.
Мутагенные факторы среды - факторы , вызывающие появление мутаций .
Мутагенным действием обладают факторы физической, химической и биологической природы.
Среди физических мутагенов наиболее сильное мутантное действие оказывает ионизирующая радиация – рентгеновские лучи, α-, β-, γ-лучи. Обладая большой проникающей способностью, при действии на организм они вызывают образование свободных радикалов ОН или НО 2 из воды, находящейся в тканях. Эти радикалы обладают высокой реакционной способностью. Они могут расщеплять нуклеиновые кислоты и другие органические вещества.
Облучение вызывает как генные, так и хромосомные мутации. Ультрафиолетовое излучение характеризуется меньшей энергией, не вызывающей ионизацию тканей. Его действие приводит к образованию тимидиновых димеров. Присутствие их в ДНК обусловливает ошибки при ее репликации.
Химические мутагены должны обладать следующими качествами:
Высокой проникающей способностью;
Свойством изменять коллоидное состояние хромосом;
Определенным действием на состояние хромосомы или гена.
К химическим мутагенам можно отнести многие неорганические и органические соединения, например кислоты, щелочи, перекиси, соли металлов, формальдегид, пестициды, дефолианты, гербициды, колхицин и др.
Некоторые вещества способны усиливать мутационный эффект в сотни раз по сравнению со спонтанным. Их называют супермутагенами . К ним относят нитрозосоединения – иприт, диэтилнитрозамин, уретан и др.
Некоторые лекарственные препараты также обладают мутагенным эффектом, например, цитостатики, производные этиленимина, нитрозомочевина. Они повреждают ДНК в процессе репликации.
Известны также биологические факторы мутагенеза . Вирусы оспы, кори, ветряной оспы, эпидемического паротита, гепатита, краснухи и др. способны вызывать разрывы хромосом. Вирусы могут усиливать темпы мутации клеток хозяина за счет подавления активности репарационных систем. Есть данные о возрастании числа хромосомных перестроек в клетках человека после пандемий, вызванных вирулентными вирусами.
Канцерогене́з - сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли.