Esempi di mutazioni spontanee nell'uomo. Mutazione spontanea: classificazione, cause, esempi

Mutazione spontanea

Mutazioni.

I virus, come tutti gli organismi viventi, sono caratterizzati da ereditarietà e variabilità. Le prime ricerche sulla genetica dei virus animali consistevano principalmente nella raccolta e nella successiva caratterizzazione genetica e fisiologica dei mutanti virali. Recentemente, i mutanti virali sono stati utilizzati come strumenti specifici per studiare gli eventi genetici e biochimici che si verificano in una cellula infetta. Lavori di questo tipo con i virus animali sono stati generalmente ritardati rispetto a lavori simili sui sistemi procariotici.

Alcuni virus producono una percentuale significativa di mutanti quando vengono trasmessi in assenza di mutageni conosciuti. Queste mutazioni spontanee si accumulano nei genomi dei virus e portano alla variabilità fenotipica, che è soggetta a pressione selettiva durante l’evoluzione del virus.

Il tasso di mutagenesi spontanea nei genomi del DNA è significativamente inferiore (10 -8 - 10 -11 per nucleotide incluso) rispetto ai genomi dell'RNA (10 -3 - 10 -4 per nucleotide incluso). La maggiore frequenza di mutazioni spontanee è associata alla bassa fedeltà della replicazione del genoma dell'RNA, probabilmente dovuta alla mancanza di attività correttiva nelle repliche dell'RNA, caratteristica degli enzimi che replicano il DNA. Molto spesso, nei retrovirus si osservano mutazioni spontanee, che sono associate a una maggiore frequenza di fallimenti nella trascrizione inversa che non sono in grado di autocorreggersi.

Pertanto, mentre i genomi dei virus a DNA sono relativamente stabili, lo stesso non si può dire per i virus a RNA. Sfortunatamente per i genetisti, una serie di fattori determinano lo squilibrio in una popolazione di genomi e questi fattori spesso contribuiscono all’accumulo di mutanti in una popolazione. . A causa della mutagenesi spontanea, è difficile mantenere l’omogeneità della popolazione virale. I virus si riclonano periodicamente per aggirare questa difficoltà, ma i mutanti spesso si verificano sia durante la formazione della placca che durante la crescita del virus, rendendo difficile ottenere preparazioni virali ad alto titolo geneticamente omogenee.

Le mutazioni indotte nei virus sono ottenute dall'azione di diversi mutageni chimici e fisici, che si dividono in quelli attivi in ​​vivo e in vitro.

La maggior parte dei mutanti isolati durante lo studio dei virus animali derivano da popolazioni selvatiche trattate con mutageni. I mutageni vengono generalmente utilizzati per aumentare la frequenza delle mutazioni in una popolazione, dopo di che i mutanti vengono selezionati con un'appropriata pressione selettiva. Il problema principale associato all'uso di mutageni è la scelta della dose appropriata. Di norma è desiderabile ottenere mutanti che differiscano dal tipo selvatico solo per una mutazione. Per fare ciò, la selezione viene effettuata alla dose più bassa del mutageno, che dà una frequenza sufficiente di mutazioni con il fenotipo desiderato.

Molti mutageni diversi sono stati utilizzati nei sistemi virali animali, ma appartengono tutti a un piccolo numero di classi definite dal meccanismo di mutagenesi.

Una classe di mutageni, comunemente indicati come mutageni in vitro, agisce modificando chimicamente l'acido nucleico contenuto nella particella virale. L'acido nitroso deamina le basi, principalmente l'adenina, per formare ipoxantina, che si accoppia con la citosina durante la successiva replicazione. Come risultato dell'azione dell'acido nitroso sull'adenina, avviene una transizione dalla coppia AT alla coppia GC. L'acido nitroso deamina anche la citosina, portando alla transizione CG->-TA. Un altro mutageno in vitro è l'idrossilammina; reagisce specificamente solo con la citosina e induce una transizione CG->-TA. Un'ampia classe di mutageni in vitro sono agenti alchilanti che agiscono su molte posizioni delle basi. Gli agenti alchilanti - nitrosoguanidina, etanmetansolfonato e metilmetansolfonato - sono potenti mutageni.

La seconda classe comprende i mutageni in vivo che richiedono un acido nucleico metabolicamente attivo per la loro azione.

Un gruppo di mutageni in vivo contiene analoghi di base che vengono incorporati nell'acido nucleico durante la normale sintesi dell'accoppiamento. Una volta accesi, questi analoghi sono in grado di subire transizioni tautomeriche che li portano ad accoppiarsi con basi diverse, provocando così transizioni e trasversioni. Spesso vengono utilizzati gli analoghi: 2-aminopurina, 5-bromodeossiuridina e 5-azacitidina.

Un altro gruppo di mutageni in vivo comprende agenti intercalanti che si inseriscono nella pila di basi, determinando inserzioni o delezioni durante la successiva replicazione dell'acido nucleico.

Esempi di agenti intercalanti sono coloranti di acridina come la proflavina.

L'ultravioletto è talvolta usato anche come mutageno. I dimeri di pirimidina sono i principali prodotti della radiazione ultravioletta. Nel DNA, i dimeri di pirimidina vengono eliminati. Per l'RNA, il meccanismo della mutagenesi ultravioletta è sconosciuto.

La maggior parte delle mutazioni hanno la proprietà di ritornare (reversione) al tipo selvatico. Ogni mutazione ha un tasso di reversione caratteristico che può essere misurato con precisione.

Classificazione delle mutazioni virali.

Le mutazioni virali sono classificate in base ai cambiamenti nel fenotipo e nel genotipo. Secondo le manifestazioni fenotipiche, le mutazioni dei virus sono divise in quattro gruppi:

Mutazioni che non hanno una manifestazione fenotipica.

Mutazioni letali, ad es. interrompendo completamente la sintesi o la funzione delle proteine ​​vitali e portando alla perdita della capacità di riprodursi. Una mutazione è letale se interrompe, ad esempio, la sintesi o la funzione di una proteina vitale specifica del virus, come la polimerasi virale.

Mutazioni condizionatamente letali, ad es. mutazioni con perdita della capacità di sintetizzare una particolare proteina o con violazione della sua funzione solo in determinate condizioni. In alcuni casi, le mutazioni sono condizionatamente letali, poiché la proteina specifica del virus mantiene le sue funzioni in determinate condizioni ottimali e perde questa capacità in condizioni non permissive (non permissive). Un tipico esempio di tali mutazioni sono le mutazioni sensibili alla temperatura (sensibili alla temperatura) - ts, in cui il virus perde la capacità di riprodursi a temperature elevate (39-42 ° C), pur mantenendo questa capacità a temperature di crescita normali (36- 37°C).

· Mutazioni che hanno un'espressione fenotipica, come cambiamenti nella dimensione della placca sotto il rivestimento di agar o stabilità termica, cambiamenti nello spettro degli ospiti, resistenza agli inibitori e ai farmaci chemioterapici.

Mutazioni spontanee e loro cause.

In ogni popolazione ci sono individui con mutazioni spontanee, cioè che è sorto senza una ragione apparente. Qualsiasi gene con una frequenza o un'altra entra spontaneamente in uno stato mutante. Esempio: la frequenza del locus dell'albinismo nei topi è 3*10 -5. Le ragioni dell'induzione di mutazioni spontanee non sono chiare:

1. Per molto tempo si è creduto che questo fosse lo sfondo delle radiazioni ionizzanti naturali. I calcoli per la Drosophila hanno dimostrato che la radiazione di fondo naturale è responsabile dello 0,1% delle mutazioni spontanee. Tuttavia, con l’aumento dell’aspettativa di vita, l’esposizione al contesto naturale si accumula. Nell'uomo, dallo 0,1 al 4% delle mutazioni spontanee può essere attribuito al fondo naturale delle radiazioni.

2. Un altro motivo potrebbe essere il danno accidentale ai cromosomi durante i normali processi metabolici che si verificano nella cellula.

Si presume che le mutazioni spontanee possano essere il risultato di errori casuali nel funzionamento dei meccanismi molecolari.

3. La ragione delle mutazioni spontanee può essere il movimento di elementi mobili attraverso il genoma, che possono essere introdotti in qualsiasi gene e causare una mutazione. L'80% delle mutazioni spontanee sono di questa natura.

Capacità di mutare mutabilità, fortemente influenzato dal genotipo. Anche all'interno della stessa specie, linee geneticamente diverse possono avere mutabilità diversa. Ciò è particolarmente evidente quando nella linea è presente un gene mutatore, che aumenta la frequenza delle mutazioni genetiche negli individui portatori.

È necessario distinguere tra frequenze:

1. popolazione , che è uguale alla frequenza di mutazione se il mutante muore rapidamente o è sterile. In questa popolazione le mutazioni si riscontrano solo de novo. Se i mutanti lasciano prole, frequenza della popolazione = frequenza di mutazione + segreganti.

2. frequenza di mutazione.

mutazioni indotte- questo è il processo in cui si verificano mutazioni sotto l'azione diretta di fattori fisici, chimici o biologici. Meller studiò nel 1927 l'influenza dei raggi X sui processi mutazionali nella Drosophila. Negli anni '30 fu scoperta la mutagenesi chimica. Sakharov, Lobashov e Smirnov hanno dimostrato che l'acido acetico e l'ammoniaca sono in grado di indurre cellule letali recessive nel cromosoma. Tali fattori sono chiamati mutageni o fattori mutageni.

1. mutagenesi fisica. Mutageni fisici:

- Radiazione ionizzante- ondulatorio (raggi X, raggi cosmici) e corpuscolare (particelle β, protoni, neutroni, particelle α)

Passando attraverso la materia vivente, i raggi γ e X estraggono gli elettroni dal guscio esterno di un atomo o di una molecola. Pertanto, particelle cariche: gli elettroni sono attaccati a particelle cariche neutre. Di conseguenza, la molecola neutra acquisisce una carica, che porta ad ulteriori trasformazioni di sostanze. Negli anni '30 Timofeev-Resovsky e Delbrück proposero teoria del bersaglio. Secondo cui le mutazioni causate dalle radiazioni sono dovute a singoli eventi di ionizzazione che danneggiano la sensibilità delle strutture (bersaglio - DNA). Pertanto, la frequenza delle mutazioni indotte dipende dalla dose di radiazioni. Non importa se la dose viene somministrata una volta o in porzioni, sebbene l’effetto sia più pronunciato con una singola dose.

La frequenza delle mutazioni genetiche e dei piccoli riarrangiamenti cromosomici causati dalle radiazioni ionizzanti è direttamente proporzionale alla dose di radiazioni. Ciò è descritto dall'equazione:

y è la frequenza totale delle mutazioni osservate,

k è la frequenza delle mutazioni spontanee,

α – coefficiente di proporzionalità – la probabilità di una mutazione in un dato oggetto a seguito dell’irradiazione con una dose di 1 roentgen.

d è la dose in roentgen.

Poiché k è piccolo, può essere trascurato:

Il fatto che la frequenza delle mutazioni genetiche dipenda linearmente dalla dose di radiazioni ha portato a supporre che ogni mutazione sia il risultato di una singola mutazione, e questo vale anche per piccoli riarrangiamenti. Ciò si spiega con il fatto che due rotture che si verificano molto vicine nel cromosoma sono causate da un'unica ionizzazione. Se questo è vero, allora si dovrebbe osservare una diversa dipendenza dalla dose di radiazioni per i grandi riarrangiamenti cromosomici. Poiché grandi riarrangiamenti cromosomici sono il risultato di due o più rotture disperse, la frequenza di questi riarrangiamenti deve quindi essere pari al quadrato della dose di radiazioni. Questo a volte è vero, ma più spesso la frequenza delle irradiazioni indotte da grandi riarrangiamenti non è proporzionale al quadrato della dose, ma ad un valore minore. Le ragioni per questo non sono chiare. Si ritiene che ciò sia dovuto alle peculiarità dei meccanismi per collegare le estremità dei frammenti formati. O forse vengono preservate solo quelle grandi aberrazioni che non influiscono sulla vitalità della cellula o la riducono leggermente. La teoria dei bersagli riflette aspetti importanti delle radiazioni ionizzanti. Successivamente, si è scoperto che i meccanismi della mutagenesi da radiazioni sono più complessi. Le radiazioni svolgono un ruolo importante nel verificarsi delle mutazioni.

Esistono fatti che dimostrano che le radiazioni ionizzanti possono agire indirettamente sull'apparato genetico. Quando le particelle ionizzanti attraversano il citoplasma, formano radicali capaci di reagire con i componenti chimici dei cromosomi. Di grande importanza sono i radicali liberi, che si formano a seguito della radiolisi dell'acqua.

H + OH \u003d H 2 O

OH + OH \u003d H 2 O 2

Gli esperimenti hanno dimostrato che l'irradiazione di un mezzo nutritivo liquido lo rende mutageno per i batteri in esso contenuti. Sono i radicali liberi del perossido. Se avviene in un'atmosfera ricca di ossigeno, il numero di mutazioni è maggiore che in un'atmosfera povera di ossigeno o in un'atmosfera di gas inerte. Credo che in presenza di ossigeno l'irradiazione aumenti la formazione di acqua ossigenata. L'aumento della frequenza delle mutazioni con l'aumento della dose arriva fino a determinati limiti, al di sopra dei quali diminuisce la frequenza delle mutazioni rilevate. Questo è spiegato:

A dosi molto elevate, il danno ai geni e ai cromosomi arriva al punto che le cellule non sono più vitali.

Se le cellule germinali sono danneggiate e sono in grado di partecipare alla fecondazione, lo zigote muore a causa di gravi violazioni dell'apparato genetico: questa è la letalità dominante. Pertanto, la mutazione muore insieme all'organismo. Ciò significa che la frequenza delle mutazioni nei discendenti rilevati di individui irradiati diminuisce.

Le radiazioni ionizzanti aumentano la frequenza del riarrangiamento cromosomico in misura maggiore rispetto alla frequenza delle mutazioni genetiche. non tutti i danni all'apparato genetico causati dalle radiazioni si realizzano sotto forma di mutazioni. molti di essi vengono corretti da sistemi enzimatici riparativi. Il fenomeno della riparazione è stato scoperto durante l'induzione di grandi riarrangiamenti cromosomici con radiazioni frazionate.

L'effetto mutazionale delle radiazioni è determinato dalla somma delle frazioni di radiazioni e non dipende dal frazionamento. Ciò è vero per le ricostruzioni di piccole dimensioni, ma non per le ricostruzioni di grandi dimensioni che richiedono 2 o più punti di interruzione.

1. Se l'intera dose viene somministrata in una sola volta, nelle cellule saranno presenti contemporaneamente le estremità mitotiche dei cromosomi rotti. Le estremità possono essere collegate in qualsiasi combinazione: inversione, traslocazione e cancellazione.

2. Se la dose viene somministrata in più dosi, alcuni dei riarrangiamenti avvenuti in precedenza hanno il tempo di riprendersi prima dell'impatto di una nuova porzione.

Come risultato della somma delle dosi e della divisione in frazioni si ottengono mutazioni più piccole. Lo stesso risultato: se una breve radiazione ad alta intensità viene sostituita da una dose identica prolungata nel tempo, ma meno intensa.

- Forti radiazioni ionizzanti(ultravioletto) - lunghezza d'onda più lunga e energia più bassa.

I raggi UV non ionizzano gli atomi, quindi l'eccitazione dei loro gusci, quindi varie reazioni chimiche in queste cellule e, => mutazioni.

Le proprietà mutagene dei raggi UV dipendono dalla lunghezza d'onda. Più mutageno con lunghezza d'onda = 260 nm. E quanto più corta è la lunghezza d'onda, tanto minori sono le proprietà mutagene. Ciò è dovuto al fatto che il DNA assorbe i raggi UV con una lunghezza d'onda di 260 nm. Il potere penetrante dei raggi UV è piccolo, => nessun effetto sulle cellule germinali e le proprietà mutagene si manifestano negli organismi inferiori. Nell'uomo agisce sulla pelle.

- Temperatura. Colpisce coloro la cui temperatura corporea dipende dall'ambiente. un aumento della temperatura ogni 10° aumenta la frequenza delle mutazioni di 3-5 volte. Ciò si traduce in mutazioni genetiche. I riarrangiamenti cromosomici possono avvenire in questo modo quando ci si avvicina al limite superiore di tolleranza.

2. mutageni chimici:

2.1. composti alchilanti, cioè. sostanze altamente attive che trasportano gruppi alchilici (radicali liberi). Esempio: dimetilsolfato, gas mostarda, dietilsolfato (alcuni di essi sono supermutageni).

2.2. sostanze simili nella struttura chimica all'ACO, che sono inclusi nel NC. Esempio: 2-aminopurina, caffeina.

2.3. coloranti acridina. Esempio: proflavina.

2.4. un gruppo di sostanze le cui proprietà mutagene sono ben studiate, ma differiscono nella struttura e nel meccanismo d'azione molecolare. Esempio: acido nitroso, perossido di idrogeno, uretano, formaldeide.

Caratteristiche della mutagenesi chimica

1. nessun rapporto diretto

2. avere un effetto soglia

3. specificità degli effetti nei diversi tessuti

4. Ogni mutageno chimico ha il proprio spettro di mutazioni.

5. i mutageni chimici sono caratterizzati dalla presenza di aberrazioni cromatidiche

6. per la mutagenesi chimica si nota un effetto ritardato (prolungato), ad es. non dopo l'esposizione, ma dopo 2-3 generazioni di cellule, le ragioni di ciò non sono chiare.

7. specificità regionale. L’eterocromatina è più colpita dell’eucromatina.

8. L'effetto combinato di diversi agenti mutageni non è sempre additivo.

40. Mutazioni numeriche: poliploidie, aneuploidie, loro cause, meccanismi di formazione.

Un cambiamento nel numero di cromosomi quando nelle cellule sono presenti più di due set aploidi è poliploidia (1910 Stasburger). Un corredo cromosomico aploide è quello in cui è presente solo uno per ciascuna coppia di cromosomi. Il genoma è un insieme aploide. Le cause della poliploidia possono essere:

1. riproduzione dei cromosomi in una cellula che non si divide,

2. fusione di cellule somatiche o dei loro nuclei,

3. violazione della meiosi, che porta alla formazione di gameti con un numero non ridotto di cromosomi.

Vengono detti poliploidi che ripetono più volte lo stesso corredo di cromosomi autopoliploidi , O autopoliploidi . Pertanto, nel corso dell'evoluzione, si sono formati molti tipi di piante. Vengono chiamati poliploidi che sono nati in ibridi interspecifici e quindi contengono diverse ripetizioni di due diversi gruppi di cromosomi aneuploidi . Cambiamento nel numero dei singoli cromosomi - aneuploidia , la cui causa è la non disgiunzione dei singoli cromosomi nella meiosi.

2n-1 - monosomia,

2n+1 - trisomia,

2n+2 - tetrasomia.

Nelle piante, tali varianti sono spesso vitali. Negli animali, gli aneuploidi sui cromosomi sessuali sono vitali. Negli esseri umani, gli aneuploidi sul cromosoma sessuale e la trisomia 21, 13, 18 (s-m di Edward) sono vitali. Per tutti gli altri cromosomi le aneuploidie sono letali.

Le mutazioni sono un importante oggetto di studio per citogenetici e biochimici. Sono le mutazioni, genetiche o cromosomiche, che molto spesso sono la causa delle malattie ereditarie. In condizioni naturali, i riarrangiamenti cromosomici si verificano molto raramente. Le mutazioni causate da sostanze chimiche, mutageni biologici o fattori fisici come le radiazioni ionizzanti sono spesso la causa di malformazioni congenite e tumori maligni.

Generalità sulle mutazioni

Hugh de Vries definì una mutazione come un cambiamento improvviso in un tratto ereditario. Questo fenomeno si trova nel genoma di tutti gli organismi viventi, dai batteri all'uomo. In condizioni normali, le mutazioni negli acidi nucleici si verificano molto raramente, con una frequenza di circa 1·10 -4 - 1·10 -10 .

A seconda della quantità di materiale genetico interessato dai cambiamenti, le mutazioni si dividono in genomiche, cromosomiche e genetiche. Quelli genomici sono associati ad una variazione del numero di cromosomi (monosomia, trisomia, tetrasomia); i cromosomi sono associati a cambiamenti nella struttura dei singoli cromosomi (delezioni, duplicazioni, traslocazioni); le mutazioni genetiche colpiscono un singolo gene. Se la mutazione interessa solo una coppia di nucleotidi, allora si tratta di una mutazione puntiforme.

A seconda delle cause che le hanno provocate si distinguono mutazioni spontanee e indotte.

Mutazioni spontanee

Si verificano nel corpo sotto l'influenza di fattori interni. Le mutazioni spontanee sono considerate normali, raramente portano a gravi conseguenze per l'organismo. Molto spesso, tali riarrangiamenti si verificano all'interno dello stesso gene, associati alla sostituzione di basi: purina con un'altra purina (transizione) o purina con pirimidina (trasversione).

Le mutazioni spontanee si verificano molto meno frequentemente nei cromosomi. Solitamente, le mutazioni cromosomiche spontanee sono rappresentate da traslocazioni (il trasferimento di uno o più geni da un cromosoma all'altro) e da inversioni (cambiamenti nella sequenza dei geni nel cromosoma).

Riarrangiamenti indotti

Le mutazioni indotte si verificano nelle cellule del corpo sotto l'influenza di sostanze chimiche, radiazioni o materiale di replicazione del virus. Tali mutazioni compaiono più spesso di quelle spontanee e hanno conseguenze più gravi. Colpiscono singoli geni e gruppi di geni, bloccando la sintesi delle singole proteine. Le mutazioni indotte spesso influenzano il genoma a livello globale, è sotto l'influenza di mutageni che compaiono cromosomi anormali nella cellula: isocromosomi, cromosomi ad anello, dicentrici.

I mutageni, oltre ai riarrangiamenti cromosomici, causano danni al DNA: rotture del doppio filamento, formazione di legami crociati nel DNA.

Esempi di mutageni chimici

I mutageni chimici includono nitrati, nitriti, analoghi di basi azotate, acido nitroso, pesticidi, idrossilammina e alcuni additivi alimentari.

L'acido nitroso provoca la scissione del gruppo amminico dalle basi azotate e la sostituzione con un altro gruppo. Ciò porta a mutazioni puntiformi. Anche le mutazioni indotte chimicamente sono causate dall'idrossilammina.

Nitrati e nitriti ad alte dosi aumentano il rischio di cancro. Alcuni additivi alimentari inducono reazioni di arilazione degli acidi nucleici, che portano all'interruzione dei processi di trascrizione e traduzione.

I mutageni chimici sono molto diversi. Spesso sono queste sostanze a causare mutazioni indotte nei cromosomi.

I mutageni fisici comprendono le radiazioni ionizzanti, principalmente le onde corte e gli ultravioletti. L'ultravioletto avvia il processo nelle membrane, provoca la formazione di vari difetti nel DNA.

I raggi X e le radiazioni gamma provocano mutazioni a livello dei cromosomi. Tali cellule non sono in grado di dividersi, muoiono durante l'apoptosi. Le mutazioni indotte possono colpire anche singoli geni. Ad esempio, il blocco dei geni oncosoppressori porta alla comparsa di tumori.

Esempi di riarrangiamenti indotti

Esempi di mutazioni indotte sono varie malattie genetiche, che più spesso si manifestano in aree esposte a un fattore mutageno fisico o chimico. È noto, in particolare, che nello stato indiano del Kerala, dove la dose efficace annuale di radiazioni ionizzanti supera di 10 volte la norma, la frequenza di nascita di bambini con sindrome di Down (trisomia sul 21° cromosoma) è aumentata. Nel distretto cinese di Yangjiang è stata trovata nel terreno una grande quantità di monazite radioattiva. Gli elementi instabili nella sua composizione (cerio, torio, uranio) decadono con il rilascio di quanti gamma. L'impatto delle radiazioni a onde corte sugli abitanti del distretto ha portato ad un gran numero di nascite di bambini affetti dalla sindrome del gatto che piange (delezione di un'ampia sezione dell'ottavo cromosoma), nonché ad una maggiore incidenza di cancro. Un altro esempio: nel gennaio 1987 in Ucraina è stato registrato un numero record di nascite di bambini con sindrome di Down, in relazione all'incidente di Chernobyl. Nel primo trimestre di gravidanza, il feto è più sensibile agli effetti dei mutageni fisici e chimici, quindi una dose colossale di radiazioni ha portato ad un aumento della frequenza delle anomalie cromosomiche.

Uno dei mutageni chimici più famigerati della storia è il sedativo Talidomide, prodotto in Germania negli anni '50. L'assunzione di questo farmaco ha portato alla nascita di molti bambini con un'ampia varietà di anomalie genetiche.

Il metodo delle mutazioni indotte è comunemente utilizzato dagli scienziati per trovare i modi migliori per combattere le malattie autoimmuni e le anomalie genetiche associate all'ipersecrezione proteica.

Spontaneo (spontaneo)

Indotto (fattore noto)

Aberrazione cromosomica Una mutazione che modifica la struttura dei cromosomi. Con le aberrazioni cromosomiche si verificano riarrangiamenti intracromosomici:

Si perde un segmento di un cromosoma; O

Una sezione di un cromosoma viene raddoppiata (duplicazione del DNA); O

Un segmento di un cromosoma viene trasferito da un luogo all'altro; O

Sezioni di cromosomi diversi (non omologhi) o interi cromosomi si fondono.

Mutazioni genetiche - cambiamento nella struttura del gene.

Mutazioni nel tipo di sostituzione delle basi azotate.

mutazioni frame-shift.

Mutazioni dovute al tipo di inversione delle sequenze nucleotidiche nel gene.

Mutazioni genomiche - variazione del numero di cromosomi. (Poliploidia - un aumento del numero diploide di cromosomi aggiungendo interi set di cromosomi; autoploidia - la moltiplicazione dei cromosomi di un genoma, alaploidia - la moltiplicazione del numero di cromosomi di due genomi diversi, eteroploidia - il numero di cromosomi può cambiare e diventare un multiplo dell'insieme aploide (trisomia - un cromosoma invece di diventare una coppia in un numero triplo, monosomia - la perdita di un cromosoma da una coppia)).

Ingegneria genetica (ingegneria genetica)- un insieme di tecniche, metodi e tecnologie per ottenere RNA e DNA ricombinanti, isolare i geni da un organismo (cellule), manipolare i geni e introdurli in altri organismi. L’ingegneria genetica non è una scienza nel senso più ampio del termine, ma è uno strumento della biotecnologia.

Eredità citoplasmatica- eredità extranucleare, che viene effettuata con l'aiuto di molecole di DNA situate nei plastidi e nei mitocondri. L'influenza genetica del citoplasma si manifesta come conseguenza dell'interazione del plasmone con i geni nucleari. Il carattere, determinato dal citoplasma, viene trasmesso solo per via materna.

Eredità e ambiente. L'informazione genetica contiene la capacità di sviluppare determinate proprietà e tratti. Questa capacità si realizza solo in determinate condizioni ambientali. La stessa informazione ereditaria in condizioni mutate può manifestarsi in modi diversi. Non è un tratto già pronto che viene ereditato, ma un certo tipo di reazione all'influenza dell'ambiente esterno. L’intervallo di variabilità entro il quale, a seconda delle condizioni ambientali, lo stesso genotipo è capace di produrre fenotipi diversi è detto velocità di reazione.

alleli- forme diverse dello stesso gene situate nelle stesse regioni (loci) di cromosomi omologhi (accoppiati); definire varianti di manifestazione di una stessa caratteristica. In un organismo diploide possono esserci due alleli identici dello stesso gene, nel qual caso l'organismo è detto omozigote, oppure due alleli diversi, risultando in un organismo eterozigote.

Interazione dei geni allelici

1. dominazione- questa è una tale interazione di geni allelici in cui l'espressione di uno degli alleli non dipende dalla presenza di un altro allele nel genotipo e gli eterozigoti non differiscono fenotipicamente dagli omozigoti per questo allele.

2. Eredità intermedia -(mancanza di dominanza) la progenie F 1 conserva l'uniformità, ma non è completamente simile a nessuno dei genitori, ma ha un carattere intermedio.

3. dominio incompleto- Negli ibridi F 1, il tratto non occupa una posizione intermedia, ma devia verso il genitore con il tratto dominante.

4. Sovradominanza - Gli ibridi F 1 mostrano eterosi (superiorità rispetto ai genitori in termini di vitalità, energia di crescita, fertilità, produttività).

5. Complemento allelico(complementazione interallelica) - azione complementare di due alleli dello stesso gene o di geni diversi dello stesso set cromosomico. Si riferisce a modi rari di interazione dei geni allelici.

6. Esclusione allelica- questo tipo di interazione dei geni allelici nel genotipo di un organismo, in cui si verifica l'inattivazione (l'inattivazione è una perdita parziale o completa di attività da parte di una sostanza o agente biologicamente attivo) di uno degli alleli nel cromosoma.

Pertanto, anche il processo di formazione di un tratto elementare dipende dall'interazione di almeno due geni allelici e il risultato finale è determinato da una specifica combinazione di essi nel genotipo.

Interazione di geni non allelici

complementarietà- una delle forme di interazione dei geni non allelici. Sta nel fatto che per lo sviluppo di qualsiasi tratto è necessaria la presenza nel genotipo di 2 geni dominanti di diverse coppie non alle. Inoltre, ciascuno dei geni complementari non ha la capacità di garantire lo sviluppo di questo tratto. (In questi casi, nella generazione F2, la suddivisione avviene in un rapporto di 9:7, che è una modifica della formula di suddivisione di Mendeleev 9:3:3:1)

epistasi- interazione dei geni, in cui l'attività di un gene è influenzata dalle variazioni di altri geni. Un gene che sopprime le manifestazioni fenotipiche di un altro è chiamato epistatico; un gene la cui attività viene modificata o soppressa è chiamato ipostatico.

Polimerismo- (interazione genetica additiva) - un tipo di interazione genetica, in cui il grado di sviluppo di un tratto quantitativo è determinato dall'influenza di diversi geni che agiscono in modo simile (geni polimerici).

espressività- la gravità del tratto, a seconda della dose degli alleli corrispondenti.

Penetranza- un indicatore della manifestazione fenotipica dell'allele nella popolazione di individui che ne sono portatori. Espresso in percentuale.

poligenicità- la presenza di diversi geni non allelici strettamente collegati, i cui prodotti proteici sono strutturalmente simili e svolgono funzioni identiche.

Pleiotropia- il fenomeno dell'azione di più geni. Si esprime nella capacità di un gene di influenzare diversi tratti fenotipici. Pertanto, una nuova mutazione in un gene può influenzare alcuni o tutti i tratti associati a quel gene. Questo effetto può causare problemi nella selezione selettiva, quando uno degli alleli del gene è in testa nella selezione per uno dei tratti e un altro allele dello stesso gene è in testa nella selezione per altri tratti.

Fenocopie- cambiamenti nel fenotipo (simili alle mutazioni) sotto l'influenza di fattori ambientali avversi. In medicina, le fenocopie sono malattie non ereditarie simili a quelle ereditarie.

La madre ha avuto la rosolia durante la gravidanza, poi il bambino ha il labbro leporino e il palato leporino. Questo è un esempio di fenocopia, perché questa caratteristica si sviluppa in assenza di un gene mutante che determini questa anomalia. Questa caratteristica non sarà ereditata.

Le persone che soffrono di diabete, ma che assumono regolarmente insulina con cautela, sono una fenocopia delle persone sane.

Genocopie - cambiamenti simili nel fenotipo dovuti a mutazioni di diversi geni non allelici. L'eterogeneità genetica (eterogeneità) delle malattie ereditarie è associata alla presenza di genocopie. Un esempio sono vari tipi di emofilia, che si manifestano clinicamente con una diminuzione della coagulazione del sangue nell'aria. Queste forme, diverse per origine genetica, sono associate a mutazioni di geni non allelici.

L'emofilia A è causata da una mutazione nel gene che controlla la sintesi del fattore 8 (globulina antiemofila), mentre l'emofilia B è causata da una carenza del fattore 9 del sistema di coagulazione del sangue

10 Metodo dei gemelli in genetica. Tipi di gemelli monozigoti. Mappe genealogiche e strategia per la loro analisi. Predisposizione ereditaria alle malattie. Il ruolo dell'ereditarietà e dell'ambiente nella formazione dei tratti fenotipici

Gemelli monozigoti: due placente e due sacche embrionali rappresentano il 20-30% di tutti. Violazioni minime

La placenta è comune ma ciascuna ha il proprio sacco embrionale

Monomono

La placenta comune è un sacco embrionale comune. La più alta percentuale di violazioni, tk. c'è molta competizione tra loro.

Chimerizzazione cromosomica(mosaismo) - 4 cellule prendono parte alla formazione dell'embrione: 2 zigoti fusi all'inizio dell'embriogenesi. Alcuni tessuti hanno i geni di uno zigote, altri - l'altro.

Gemelli semiidentici un uovo, due spermatozoi. Superfetazione: 2 ovuli vengono fecondati da 2 spermatozoi diversi

metodo gemellare.

Questo metodo viene utilizzato nella genetica umana per determinare il grado di condizionalità ereditaria dei tratti studiati. I gemelli possono essere identici (si formano nelle prime fasi della scissione dello zigote, quando organismi a tutti gli effetti si sviluppano da due o meno spesso da un numero maggiore di blastomeri). I gemelli identici sono geneticamente identici. Quando due o meno ovuli maturano e vengono poi fecondati da spermatozoi diversi, si sviluppano gemelli fraterni. I gemelli fraterni non sono più simili tra loro di fratelli e sorelle nati in tempi diversi. La frequenza dei gemelli nell'uomo è di circa l'1% (1/3 identici, 2/3 fraterni); la stragrande maggioranza dei gemelli sono gemelli.
Poiché il materiale ereditario dei gemelli identici è lo stesso, le differenze che si presentano in essi dipendono dall'influenza dell'ambiente sull'espressione genetica. Il confronto della frequenza di somiglianza per un numero di caratteristiche di coppie di gemelli identici e fraterni ci consente di valutare l'importanza dei fattori ereditari e ambientali nello sviluppo del fenotipo umano.

Gemelli monozigoti sono formati da uno zigote, diviso in due (o più) parti nella fase di frantumazione. Hanno gli stessi genotipi. I gemelli monozigoti sono sempre dello stesso sesso.

Un gruppo speciale tra i gemelli identici sono tipi insoliti: a due teste (di solito non vitali) e xifopagi ("gemelli siamesi"). Il caso più famoso è quello dei gemelli siamesi nati nel Siam (ora Tailandia): Chang e l'Ing. Hanno vissuto 63 anni, erano sposati con sorelle gemelle. Quando Chang morì di bronchite, Eng morì 2 ore dopo. Erano collegati da un maglione di stoffa dallo sterno all'ombelico. Successivamente si scoprì che il ponte che li collegava conteneva tessuto epatico che collegava i due fegati. Separare i gemelli in quel momento non era possibile. I legami più complessi tra gemelli vengono attualmente recisi.

Lo studio dei gemelli identici aiuta a capire cosa e come in una persona è determinato dai geni e cosa no.

I gemelli dizigoti si sviluppano quando due ovuli vengono fecondati contemporaneamente da due spermatozoi. Naturalmente, i gemelli dizigoti hanno genotipi diversi. Non sono più simili tra loro di fratelli e sorelle, perché. hanno circa il 50% di geni identici.

Il pedigree (sinonimo di genealogia) è una descrizione della relazione della persona studiata, presentata, di regola, sotto forma di un diagramma utilizzando convenzioni generalmente accettate.

Finora abbiamo parlato di mutazioni spontanee, cioè verificarsi senza alcuna causa nota. Il verificarsi delle mutazioni è un processo probabilistico e, di conseguenza, esiste un insieme di fattori che influenzano e modificano queste probabilità. I fattori che causano le mutazioni sono chiamati mutageni e il processo di modifica delle probabilità che si verifichi una mutazione è chiamato indotto. Le mutazioni che si verificano sotto l'influenza di mutageni sono chiamate mutazioni indotte.

Nella società tecnologicamente complessa di oggi, le persone sono esposte a un'ampia varietà di agenti mutageni, quindi lo studio delle mutazioni indotte sta diventando sempre più importante.

I mutageni fisici comprendono tutti i tipi di radiazioni ionizzanti (raggi gamma e X, protoni, neutroni, ecc.), radiazioni ultraviolette, alte e basse temperature; a quelli chimici: molti composti alchilanti, analoghi delle basi azotate degli acidi nucleici, alcuni biopolimeri (ad esempio DNA e RNA estranei), alcaloidi e molti altri agenti chimici. Alcuni mutageni aumentano il tasso di mutazione centinaia di volte.

Tra i mutageni più studiati ci sono le radiazioni ad alta energia e alcune sostanze chimiche. Le radiazioni provocano cambiamenti nel genoma umano come aberrazioni cromosomiche e perdita di basi nucleotidiche. La frequenza con cui si verificano le mutazioni delle cellule germinali indotte dalle radiazioni dipende dal sesso e dallo stadio di sviluppo delle cellule germinali. Le cellule sessuali immature mutano più spesso di quelle mature; le cellule sessuali femminili sono meno comuni di quelle maschili. Inoltre, la frequenza delle mutazioni indotte dalle radiazioni dipende dalle condizioni e dalla dose di radiazioni.

Le mutazioni somatiche derivanti dalle radiazioni rappresentano una grave minaccia per la popolazione, poiché la comparsa di tali mutazioni è spesso il primo passo nella formazione di tumori cancerosi. Pertanto, una delle conseguenze più drammatiche dell'incidente di Chernobyl è associata all'aumento dell'incidenza di vari tipi di cancro. Ad esempio, nella regione di Gomel è stato riscontrato un forte aumento del numero di bambini affetti da cancro alla tiroide. Secondo alcuni rapporti, la frequenza di questa malattia oggi rispetto alla situazione pre-incidente è aumentata di 20 volte.

All'inizio degli anni '50 fu scoperta la possibilità di rallentare o attenuare il tasso di mutazione con l'aiuto di determinate sostanze. Tali sostanze sono chiamate antimutageni. Sono stati isolati circa 200 composti naturali e sintetici ad attività antimutagenica: alcuni aminoacidi (arginina, istidina, metianina), vitamine (tocoferolo, acido ascorbico, retinolo, carotene), enzimi (perossidasi, NADP-ossidasi, catalasi, ecc.), composti complessi di origine vegetale e animale, agenti farmacologici (interferone, ossipiridine, sali di selenio, ecc.).

Si stima che con l'alimentazione una persona riceva diversi grammi di sostanze al giorno che possono causare malattie genetiche. Tali quantità di mutageni dovrebbero causare danni significativi alle strutture ereditarie umane. Ma questo non accade, perché gli antimutageni alimentari neutralizzano gli effetti dei mutageni. Il rapporto tra antimutageni e mutageni nei prodotti dipende dal metodo di preparazione, conservazione e durata di conservazione. Gli antimutageni non sono solo componenti, ma anche prodotti alimentari in generale: estratti di vari tipi di cavolo riducono il livello di mutazioni di 8-10 volte, estratto di mela - di 8 volte, uva - di 4 volte, melanzane - di 7, peperone verde - per 10 e foglia di menta - 11 volte. Tra le erbe medicinali è stato notato l'effetto antimutageno dell'erba di San Giovanni.

Problemi di discussione:

1. La regione del gene che codifica per il polipeptide ha normalmente il seguente ordine di basi: AAGSAAASAATTAGTAATGAAGCAACCC. Quali cambiamenti avverranno nella proteina se, durante la replicazione, appare un'inserzione di timina tra il secondo e il terzo nucleotide nel sesto codone?

2. Sul sito del gene che codifica per il polipeptide, la sequenza delle basi nucleotidiche è la seguente: GAACGATTTCGGCCAG. C'era un'inversione nel sito del secondo - settimo nucleotide. Determinare la struttura della catena polipeptidica in condizioni normali e dopo la mutazione.