Мутации можно объединять, в группы—классифицировать по характеру проявления, по месту или, по уровню их возникновения. Мутации по характеру проявления бывают:
- доминантными,
- рецессивными.
Доминантные мутации проявляются в фенотипе в 1-м поколении. Если доминантные мутации неблагоприятные, то организмы могут оказаться нежизнеспособными или неплодовитыми. Такие мутации элиминируют. Большинство мутаций являются рецессивными, т.е. не проявляются у гетерозигот и способны накапливаться в поколениях, уклоняясь от действия естественного отбора.
Мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко снижающие жизнеспособность, частично или полностью останавливающие развитие, называют полулетальными, а несовместимые с жизнью — летальными. Нейтральные мутации формируют полиморфизмы – генетическое разнообразие индивидуумов. Примером нейтральных мутаций у человека могут быть разные группы крови, разный цвет волос или глаз. Многие нейтральные мутации затрагивают некодирующие участки генома и не проявляются фенотипически.
Мутации подразделяют по месту их возникновения или по типу мутировавших клеток. Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Такие мутации называют соматическими. Соматические мутации возникают очень часто и в большинстве случаев остаются незамеченными для организма. Но в некоторых случаях мутации соматических клеток дают начало злокачественной трансформации и развитию опухоли.
Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом. Факторы, которые способны вызывать мутации, называются мутагенами. Организм, который приобрел новый признак в результате мутации, называется мутантом.
Мутации характеризуются следующими свойствами:
- Возникают внезапно, т.е. скачкообразно;
- Мутации затрагивают гены, следовательно, они наследственны, т.е. передаются из поколения в поколение;
- Ненаправлены, т.е. мутации могут возникать в любом локусе;
- Одни и те же мутации могут возникать повторно в «горячих точках».
По причинам возникновения мутации могут быть:
- спонтанными,
- индуцированными.
Индуцированные мутации возникают под действием мутагенных факторов, которые можно подразделить на 3 большие группы: физические, химические и биологические. К физическим мутагенам относятся различные виды излучений, температура, влажность, шум, вибрация и т.д. Основные механизмы их действия:
- нарушение структуры генов и хромосом;
- образование сшивок – тиминовых димеров.
- образование свободных радикалов, которые вступают в химические взаимодействия с ДНК;
- разрыв нитей ахроматинового веретена деления.
К химическим мутагенам относятся:
- природные органические и неорганические соединения (нитриты, нитраты, гормоны, алколоиды, бензол, фенол и т.д.)
- продукты промышленной переработки природных соединений – угля, нефти (ароматические углеводороды, бензпирен …)
- синтетические вещества, ранее не встречавшиеся в природе – ксенобиотики (пестициды, инсектициды, никотин, пищевые добавки, консерванты, лекарственные вещества …)
- некоторые метаболиты организма человека (хлороформ – фосген, парацетамол – яд, повреждающий печень и почки …)
Биологические мутагенные факторы – вирусы (встраиваются в ДНК хозяина – человека), бактерии (продукты их метаболизма относятся к химическим мутагенам).
Мутации классифицируют по уровню их возникновения. В соответствии с уровнями организации наследственного материала различают:
- Геномные (изменения числа хромосом – полиплоидия, гаплоидия, анеуплоидия).
- Хромосомные(изменения структуры хромосом – хромосомные аберрации).
- Генные(изменения структуры генов – молекулы ДНК).
Геномные мутации. В результате мутаций в ядре зиготы изменяется видовое число хромосом. Кариотип особи изучается на метафазных пластинках.
Геномные мутации могут касаться всех хромосом (полиплоидия) или отдельных хромосом (анеуплоидия). В последнем случае может добавляться отдельная хромосома (трисомия) или вместо пары будет представлена одна хромосома (моногамия). Эти мутации редко оказываются жизнеспособными, чаще они приводят летальному исходу еще в процессе эмбриогенеза (спонтанные аборты), либо к рождению ребенка с нарушениями умственного и физического развития (врожденными пороками развития). Таковы синдромы анеуплоидии в виде моно- и трисомий по аутосомным и половым хромосомам. В частности, известный синдром Дауна обусловлен трисомией по 21-й паре хромосом. Синдром Дауна связан с нарушением ряда признаков - искаженные физические способности, умственная отсталость, выраженная от легкой дебильности до тяжелых форм идиотии. Частота данного заболевания в поколении 1 на 500-700 новорожденных.
Структурные мутации. В этом случае в результате мутации изменяется структура хромосомы. Основными видами структурных мутаций хромосом являются разрывные и обменные аберрации. К разрывным аберрациям относятся разного рода фрагменты (разделение хромосомы на части), к обменным аберрациям относятся случаи, когда имеются два разрыва и хромосома на их основе преобразуется, - транслокации (перенос участка хромосомы в другую хромосому или внутри хромосомы), инверсии (поворот участка внутри хромосомы на 180°), внутренние делеции (потеря внутренних участков хромосом), кольца (замыкание в кольцо отделяющегося внутреннего участка). Структурные изменения могут образовываться перемещающимися элементами в виде участков ДНК, мобильных по своему положению в организации генома. Как правило, структурные мутации хромосом приводят к множественным дефектам развития. Так, при делеции короткого плеча 5-й хромосомы (нехватке концевого фрагмента) наблюдается заболевание, названное синдромом "кошачьего крика". Помимо болезненного крика ребенка, напоминающего кошачье мяуканье, обусловленного аномалиями развития гортани, для больных детей характерны тяжелая умственная отсталость, задержка роста и другие симптомы. Ряд транслокаций и инверсий передаются потомкам.
Генные мутации. При повреждении или нарушениях в порядке, или замене нуклеотидов, появлении внутренней дупликации или делении в молекуле ДНК возникают генные (точковые) мутации. Эти изменения отдельных генов часто приводят к тяжелым дегенеративным заболеваниям, в частности, многочисленным болезням обмена веществ через нарушения синтеза белков, ферментов. Примером может служить мутация, приводящая к появлению серповидноклеточной анемии — наследственного заболевания, как правило, приводящего детей и подростков к смерти. В этом случае в эритроцитах вместо нормального гемоглобина A содержится аномальный гемоглобин S. Аномалию вызывает мутация в шестом нуклеотидном триплете ДНК гена гемоглобина, что приводит к замене в альфа-цепи белка гемоглобина глутаминовой кислоты на валин. Те дети, которые получают аномальный ген от одного из родителей и его нормальный аллель от другого, будут лишь носителями гена серповидноклеточности (гетерозиготное состояние), а у тех, кто получил аномальные гены от обоих родителей (гомозиготное состояние), развивается серповидноклеточная анемия. Около 20% населения Центральной Африки (а также Средиземноморья) являются гетерозиготными особями, т.е. скрытыми носителями мутантного гена "серповидноклеточности.
