43. Мутационная изменчивость. Мутагенные факторы.

Мутационной называется изменчивость самого генотипа, не связанная со скрещиваниями. Мутации могут быть двух типов: хромосомные, когда изменяется набор или структура хромосом, и генные, когда происходит изменение гена.

Среди хромосомных мутаций наибольшее практическое значение имеет полиплоидия — кратное увеличение всего набора хромосом. Полиплоидия распространена главным образом среди растений. Так, если в клетках растений вместо диплоидного набора хромосом будет удвоенный — тетраплоидный набор (2n Х 2 = 4n), то по целому ряду свойств такие полиплоидные растения будут выгодно отличаться от диплоидных. Как правило, это более мощные растения. У них крупнее цветки, плоды и семена, в запасающих органах (стеблях, клубнях) накапливается больше питательных веществ. Особенно перспективна полиплоидия для растений, у которых используются вегетативные части, так как количество семян у многих полиплоидов меньше, чем у исходных диплоидных форм. Искусственное получение полиплоидов основано на применении ряда химических веществ, которые нарушают нормальный ход деления клетки. В этом случае хромосомы ядра удваиваются (как в обычном митозе), но разделения цитоплазмы не происходит. В результате возникает клетка с удвоенным числом хромосом. Такая клетка и может стать началом будущего полиплоидного растения. Изменения, характеризующие полиплоидов, стойко передаются по наследству при вегетативном размножении, а при определенных условиях — и при половом размножении.

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.

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 НО2 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 перестройки. Ультрафиолетовое излучение характеризуется меньшей энергией, не

вызывающей ионизацию тканей. Действие УФ-излучения приводит к образованию тимидиновых димеров. Присутствие димеров в ДНК приводит к ошибкам 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 веществам, вызывающим мутации, можно отнести органические и неорганические

вещества, такие, как 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. Эти супермутагены

вызывают широкий спектр точковых мутаций в концентрациях меньше тех, которые индуцируют хромосомные перестройки, видимые под микроскопом.

Супермутагенной активностью обладают нитрозосоединения (иприт, диэтилнитрозамин, уретан и др.). Некоторые лекарственные препараты также обладают мутагенным эффектом. Например, цитостатики, производные этиленимина, нитрозомочевина. Они повреждают ДНК в процессе репликации.

Химические мутагены могут вызывать нарушение мейоза, приводящее к нерасхождению хромосом, разрыву хромосом, точковым мутациям. Некоторые

химические мутагены проходят через метаболическую систему организма самыми непредсказуемыми путями, превращаются в другие соединения. При этом они могут потерять свою мутагенную активность, или приобрести такие мутагенные свойства, которые отсутствовали у исходного соединения. Некоторые немутагенные химические вещества, включившись в обмен веществ, превращаются в мутагены. Например, цитостатик — циклофосфамид — не мутаген, но в организме млекопитающих превращается в высокомутагенное соединение.

Кроме мутагенов физической и химической природы, в окружающей среде имеются 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. Возникновение мутаций приводит к различным патологиям. Для

предотвращения негативных последствий, связанных с действием различных мутагенных факторов среды, проводят мероприятия, снижающие вероятность

возникновения мутаций. С этой целью используют вещества, называемые антимутагенными. В настоящее время выделено около 200 природных и

синтетических соединений, обладающих антимутагенной активностью. Это аминокислоты (гистидин, метионин и др.), витамины (токоферол, каротин, ретинол,

аскорбиновая кислота и др.), ферменты (оксидаза, каталаза и др.), интерферон и др. Потребляемая пища содержит большое количество мутагенов и

антимутагенов. Их соотношение зависит от способов обработки пищи, сроков ее хранения и т.д. Правильное питание — один из путей предотвращения вредного

воздействия мутагенных факторов среды.