Причины и частота возникновения мутаций

Спонтанные мутации – это мутации, которые возникают без видимых причин. Они широко распространены в природе. У каждого вида все свойства и признаки организма подвержены спонтанным мутациям.

Частота мутаций в природе определяется отношением числа гамет, несущих данную мутацию, к общему числу гамет (данного поколения, в данной популяции). Частота мутации различных генов – 10^-5–10^-7 (1 гамета из 100 тысяч – 10 млн). У различных видов растений и животных частота спонтанных мутаций очень близка.

Так как число генов достаточно велико, суммарная частота мутаций у того или иного вида высока. Так, у дрозофил 25% гамет несут измененные гены (т.е. каждая четвертая гамета).

Мутации могут идти и в прямом, и в обратном порядке (т.е. рецессивные гены – в доминантные, а доминантные – в рецессивные).

Причины спонтанных мутаций условно делятся на две группы – внешние и внутренние. Внешние обусловлены естественным радиационным фоном: космическими излучениями, радиацией элементов земной коры, радиактивными изотопами, поступающими в организм с пищей. Обычные показатели естественного радиационного фона – 13–27 микрорентген в час. Внутренние причины обусловлены генотипом. Так, у кишечной палочки есть гены-мутаторы, наличие которых увеличивает частоту мутаций других генов в 2000 раз. Длительное хранение семян приводит к увеличению частоты спонтанных мутаций у растений. У дрозофилы в норме частота летальных мутаций, локализованных в Х-хромосоме, составляет приблизительно 0,15%, но есть линии, где эта частота равна 1%.

Индуцированные мутации возникают в результате целенаправленного действия какого-то фактора. Русские ученые Надсон и Филиппов (1925) впервые получили их у дрожжевых клеток с помощью рентгеновских лучей. Американский ученый Меллер (1927) впервые получил мутации у дрозофилы.

Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенными. По природе они делятся на три группы: физические, химические, биологические.

Физические факторы

• Ионизирующие излучения – рентгеновское, альфа-, бета-, гамма-лучи и поток нейтронов.

Под действием ионизирующего излучения в клетках образуются ионы Н⁺, ОН^- и свободные радикалы, которые активно вступают в химические реакции. В ходе этих реакций нарушается строение ДНК, т.е. возникают мутации.

Дозу радиоактивного излучения принято измерять в «радах» (сокращенно рад) или «греях» (Гр). 1 рад = 100 эргам энергии, поглощенных 1 граммом вещества. 1 грей = 100 рад.

Чувствительность организмов к действию ионизирующей радиации разная. Так, летальная доза (разовая минимальная, вызывающая смертельный исход) для человека – 600 рад или 6 Гр; для мыши – 900 рад или 9 Гр; для амебы – 100000 рад или 1000 Гр.

• Температура

В опытах на дрозофилах обнаружено, что повышение температуры окружающей среды приводит к увеличению частоты мутаций. У курящих чаще, чем у некурящих, наблюдается рак губы.

• Ультрафиолетовое излучение ведет к образованию в молекуле ДНК димеров.

Химические факторы

Сегодня известны десятки и сотни тысяч химических веществ, вызывающих мутации. Приведем некоторые из них:

• колхицин, митотический яд – разрушает веретено и останавливает деление клетки на метафазе; селекционеры используют его для получения полиплоидных форм;

• формальдегид и его производное – формалин;

• пестициды, гербициды;

• кофеин;

• многие лекарственные препараты (отечественный аспирин, сульфаниламиды);

• фотореактивы;

• консерванты;

• ракетное топливо.