Mutace jsou důležitým předmětem studia pro cytogenetiky a biochemiky. Právě mutace, genové nebo chromozomální, jsou nejčastěji příčinou dědičných onemocnění. V přirozených podmínkách dochází k chromozomálním přestavbám velmi zřídka. Mutace způsobené chemikáliemi, biologickými mutageny nebo fyzikálními faktory, jako je ionizující záření, jsou často příčinou vrozených malformací a malignit.
Obecné informace o mutacích
Hugh de Vries definoval mutaci jako náhlou změnu dědičného znaku. Tento jev se nachází v genomu všech živých organismů, od bakterií až po člověka. Za normálních podmínek se mutace v nukleových kyselinách vyskytují velmi zřídka, s frekvencí přibližně 1 10–4 – 1 10–10.
V závislosti na množství genetického materiálu ovlivněného změnami se mutace dělí na genomické, chromozomální a genové. Genomické jsou spojeny se změnou počtu chromozomů (monozomie, trizomie, tetrasomie); chromozomální jsou spojeny se změnou struktury jedincechromozomy (delece, duplikace, translokace); genové mutace ovlivňují jeden gen. Pokud mutace postihla pouze jeden pár nukleotidů, jedná se o bodovou mutaci.
V závislosti na příčinách, které je způsobily, se rozlišují spontánní a indukované mutace.
Spontánní mutace
V těle dochází pod vlivem vnitřních faktorů ke spontánním mutacím. Spontánní mutace jsou považovány za normální, zřídka vedou k vážným následkům pro tělo. Nejčastěji k takovým přestavbám dochází v rámci stejného genu, spojené s výměnou bází – purinu za jiný purin (přechod), nebo purinu za pyrimidin (transverze).
Výrazně méně často dochází ke spontánním mutacím v chromozomech. Chromozomální spontánní mutace jsou obvykle reprezentovány translokacemi (přenos jednoho nebo více genů z jednoho chromozomu na druhý) a inverzemi (změny v sekvenci genů v chromozomu).
Vyvolané přeuspořádání
Indukované mutace se vyskytují v buňkách těla pod vlivem chemikálií, záření nebo replikačního materiálu virů. Takové mutace se objevují častěji než spontánní a mají vážnější následky. Ovlivňují jednotlivé geny a skupiny genů, blokují syntézu jednotlivých proteinů. Indukované mutace často globálně ovlivňují genom, právě pod vlivem mutagenů se v buňce objevují abnormální chromozomy: izochromozomy, kruhové chromozomy, dicentrika.
Mutageny kromě chromozomálních přestaveb způsobují poškození DNA: dvouřetězcové zlomy,tvorba příčných vazeb DNA.
Příklady chemických mutagenů
Chemické mutageny zahrnují dusičnany, dusitany, analogy dusíkatých bází, kyselinu dusitou, pesticidy, hydroxylamin, některé potravinářské přísady.
Kyselina dusitá způsobuje odštěpení aminoskupiny od dusíkatých bází a její nahrazení jinou skupinou. To vede k bodovým mutacím. Hydroxylamin také způsobuje chemicky vyvolané mutace.
Nitráty a dusitany ve vysokých dávkách zvyšují riziko rakoviny. Některé doplňky výživy způsobují arylační reakce nukleových kyselin, což vede k narušení procesů transkripce a translace.
Chemické mutageny jsou velmi rozmanité. Často jsou to právě tyto látky, které způsobují indukované mutace v chromozomech.
Fyzikální mutageny
Fyzikální mutageny zahrnují ionizující záření, především krátkovlnné, a ultrafialové. Ultrafialové záření spouští proces peroxidace lipidů v membránách, vyvolává tvorbu různých defektů v DNA.
Rentgenové a gama záření vyvolávají mutace na úrovni chromozomů. Takové buňky nejsou schopné dělení, umírají během apoptózy. Indukované mutace mohou ovlivnit i jednotlivé geny. Například blokování nádorových supresorových genů vede k nádorům.
Příklady vyvolaných přeskupení
Příkladem indukovaných mutací jsou různá genetická onemocnění, která se častěji projevují v oblastech náchylných kvystavení fyzikálnímu nebo chemickému mutagennímu faktoru. Je zejména známo, že v indickém státě Kerala, kde roční efektivní dávka ionizujícího záření přesahuje 10krát normu, je zvýšená frekvence porodů dětí s Downovým syndromem (trizomie na 21. chromozomu). V čínské čtvrti Yangjiang bylo v půdě nalezeno velké množství radioaktivního monazitu. Nestabilní prvky v jeho složení (cer, thorium, uran) se rozpadají s uvolňováním gama kvant. Vystavení krátkovlnnému záření v kraji vedlo k velkému počtu porodů dětí se syndromem plačící kočky (vymazání velké části 8. chromozomu) a také ke zvýšenému výskytu rakoviny. Jiný příklad: v lednu 1987 byl na Ukrajině registrován rekordní počet porodů dětí s Downovým syndromem v souvislosti s havárií v Černobylu. V prvním trimestru těhotenství je plod nejcitlivější na účinky fyzikálních a chemických mutagenů, takže kolosální dávka záření vedla ke zvýšení frekvence chromozomových anomálií.
Jedním z nechvalně proslulých chemických mutagenů v historii je sedativum Thalidomid, vyráběné v Německu v 50. letech minulého století. Užívání této drogy vedlo k narození mnoha dětí s širokou škálou genetických abnormalit.
Metodu indukovaných mutací běžně používají vědci k nalezení nejlepšího způsobu, jak bojovat s autoimunitními chorobami a genetickými abnormalitami spojenými s hypersekrecí proteinů.
