Мутации — изменения наследственного материала¶

Мутации — это стойкие изменения наследственного материала (ДНК или РНК), которые передаются от клетки к дочерним клеткам в процессе деления, а у многоклеточных организмов — от поколения к поколению. Термин введён голландским ботаником Гуго де Фризом в 1901 году. Мутации являются основным источником наследственной изменчивости и сырьём для естественного отбора, однако большинство из них нейтральны или вредны для организма.

¶Классификация мутаций

Мутации различают по типу клеток, в которых они произошли, по характеру изменения генетического материала и по влиянию на фенотип.

¶По типу клеток

• Генеративные мутации возникают в половых клетках (гаметах) и передаются потомству при половом размножении.
• Соматические мутации происходят в клетках тела. Они не наследуются потомством, но могут приводить к развитию опухолей (например, рака) и передаются при вегетативном размножении растений.

¶По характеру изменения генома

• Генные (точковые) мутации — изменения в пределах одного гена: замена, вставка или выпадение одного или нескольких нуклеотидов. Пример — серповидноклеточная анемия, вызванная заменой одной аминокислоты в β-цепи гемоглобина.
• Хромосомные мутации (аберрации) — структурные перестройки хромосом: делеции (утрата участка), дупликации (удвоение), инверсии (поворот участка на 180°) и транслокации (перенос участка на другую хромосому). Пример — синдром «кошачьего крика», вызванный делецией короткого плеча 5-й хромосомы.
• Геномные мутации — изменение числа хромосом. Включают полиплоидию (кратное увеличение гаплоидного набора, например, у пшеницы) и анеуплоидию (некратное изменение, например, трисомия по 21-й хромосоме — синдром Дауна).

¶По влиянию на жизнеспособность

• Летальные — приводят к гибели организма (часто на эмбриональной стадии).
• Сублетальные — снижают жизнеспособность.
• Нейтральные — не влияют на фенотип (например, синонимичные замены в кодонах).
• Полезные (адаптивные) — повышают приспособленность, служат материалом для эволюции.

¶Причины мутаций

Мутации возникают спонтанно (с частотой примерно 10⁻⁹–10⁻⁶ на ген за поколение) или под действием мутагенов — факторов среды. Выделяют три группы мутагенов:

• Физические: ионизирующее излучение (рентгеновские лучи, гамма-излучение), ультрафиолет, высокая температура.
• Химические: аналоги азотистых оснований, алкилирующие агенты, перекиси, некоторые пестициды и промышленные яды.
• Биологические: вирусы (например, вирус папилломы человека), активные формы кислорода, мобильные генетические элементы (транспозоны).

¶Механизмы возникновения

На молекулярном уровне мутации возникают вследствие ошибок репликации ДНК, повреждений, вызванных мутагенами, или нарушения работы систем репарации. Клетка располагает механизмами исправления повреждений (эксцизионная репарация, репарация двуцепочечных разрывов), однако при сбоях этих систем ошибка фиксируется и передаётся дальше. У человека большинство мутаций возникает в сперматогенезе, причём частота мутаций у отцов растёт с возрастом.

¶Значение мутаций

В медицине мутации являются причиной наследственных заболеваний (гемофилия, муковисцидоз, фенилкетонурия) и играют ключевую роль в канцерогенезе — накопление мутаций в онкогенах и генах-супрессорах опухолей ведёт к злокачественному перерождению клеток. В сельском хозяйстве мутации используются для селекции новых сортов растений (например, мутантные сорта ячменя и пшеницы) и штаммов микроорганизмов. В эволюционной биологии мутации рассматриваются как первичный источник генетического разнообразия, на который действует естественный отбор. Исследование мутаций лежит в основе методов генной инженерии и редактирования генома (CRISPR/Cas9).

¶Интересные факты

• Большинство мутаций в некодирующих участках ДНК не проявляются фенотипически и накапливаются как «молекулярные часы» эволюции.
• У человека каждый новорождённый несёт в среднем 50–100 новых мутаций, не встречавшихся у родителей.
• Полиплоидия широко распространена у растений: около 80 % цветковых растений имеют полиплоидное происхождение.
• Радиационные аварии (например, Чернобыльская) привели к повышению частоты мутаций в популяциях растений и животных в зоне отчуждения, однако у человека значимого роста наследственных патологий в пострадавших регионах статистически не выявлено.

¶Источники

• Генетика: учебник для вузов / под ред. В. И. Иванова. — М.: Академкнига, 2006.
• Жимулёв И. Ф. Общая и молекулярная генетика. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007.
• Клаг У., Каммингс М. Основы генетики. — М.: Техносфера, 2009.