Մուտացիա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Ծխախոտի ծխի գլխավոր մուտագենը` բենզապիրեն , որը կապված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի նուկլեոտիդներից մեկի հետ

Մուտացիա` (լատ.՝ mutatio — փոփոխություն) գենոտիպի կայուն (այսինքն` այնպիսին, որ կարող է ժառանգվել տվյալ բջջի կամ օրգանիզմի սերնդների կողմից) փոփոխություն, որը իրականանում է արտաքին կամ ներքին միջավայրի ազդեցության տակ։ Մուտացիաների առաջացման պրոցերսը ստացել է մուտագենեզ անվանումը։

Մուտացիաների պատճառները[խմբագրել]

Մուտացիաները լինում են ինքնաբախ և աջակցված։ Ինքնաբախ մուտացիաները առաջանում են ինքնաբերաբար օրգանիզմի ողջ կյանքի ընթացքում իր համար նորմալ շրջակա միջավայրի պայմանների դեպքում 10^{-9} - 10^{-12} մոտավոր հաճախականությամբ յուրաքանչյուր նուկլեոտիդի բջջային գեներացիայի ընթացքում։ Աջակցված մուտացիա է կոչվում գենոմի ժառանգվող փոփոխությունները, որոնք առաջանում են շրջակա միջավայրի ոչ բարենպաստ ազդեցության կամ արհեստական պայմաններում այս կամ այն մուտագեն ազդեցությունների արդյունում։ Մուտացիաները անընդհատ առաջացնում են կենդանի բջջում ընթացող գործընթացների ընթացքում։ Մուտացիաների առաջացմանը հանգեցնեղ հիմնական պրոցեսսներն են՝ ԴՆԹ-ների կրկնապատկումը, ԴՆԹ-ների վերականգնման խախտումները և գենետիկական ռեկոմբինացումը։

Մուտացիաների կապը ԴՆԹ-ի կրկնապատկման հետ[խմբագրել]

Բազում ինքնաբախ նուկլեոտիդների քիմիական փոփոխությունները հանգենում են մուտացիաների, որոնք առաջանում են կրկնապատկման ժամանակ։ Օրինակ՝ ցիտոզինի ամինազերծման հետևանքով ԴՆԹ-ի շղթա կարող է ներառվել ուրացիլը (առաջանում է ՈՒ-Գ զույգ համապատասխան Ց-Գ զույգի փոխարեն)։ ԴՆԹ-ի կրկնապատկման ժամանակ ուրացիլի փոխարեն շղթա է մտնում ադենինը՝ առաջացնելով ՈՒ-Ա զույգ, իսկ հաջորդ կրկնապատման ժամանակ այն փոխարինվում է Տ-Ա զույգով, այսինքն իրականանում է տրանզիցիա կամ փոխարինում (պերիմիդինի կետային փոխարինումը մեկ ուրիշով կամ պուրինի փոխարինումը մեկ այլ պուրինով

Մուտացիաների կապը ԴՆԹ-ի վերակառուցման (ռեկոմբինացում) հետ[խմբագրել]

Վերակառուցման հետ կապված գործընթացներից մուտացիաները առավել հաճախ հանգեցնում են ոչ հավասար կրոսինգովերի։ Այն սովորաբար իրականանում է այն դեպքերում, երբ քրոմոսոմում առկա է ելակետային գենի մի քանի դուպլիկացված պատճեններ, որոնք պահպանել են նման նուկլեոտիդային հաջորդականություն։ Ոչ հավասար կրոսինգովերի արդյունքում վերակառուցվող քրոմոսոմներից մեկում իրականանում է դուպլիկացիա, իսկ մյուսում դելեցիա։

Մուտացիաների կապը ԴՆԹ-ի վերականգնման հետ[խմբագրել]

ԴՆԹ-ի ինքնաբախ վնասվածքները բավական հաճախ են հանդիպում, այսպիսի դեպքեր տեղ են գտնում յուրաքանչյուր բջջում։ Նման վնասվածքների հետևանքների վերացման համար գոյություն ունեն հատուկ ռեպարացիոն մեխանիզմներ։ (Օրինակ ԴՆԹ-ի սխալ հատվածը կտրվում և դրա փոխարեն վերականգնվում է ելակետայինը)։ Մուտացիաները առաջանում են միայն այն ժամանակ, երբ ռեպարացիոն մեխանիզմը ինչ-որ պատճառով չի աշխատում կամ էլ չի հասցնում հեռացնել վնասվածքները։ Մուտացիաները, որոնք առաջանում են վերականգնման համար պատասխանատու սպիտակուցները կոդավորող գեներում, կարող են հանգեցնել այլ գեների մուտացիայի հաճախականության բազմակի անգամ ավելացմանը (մուտատոռ էֆեկտ) կամ նվազեցմանը (հակամուտատոռ էֆեկտ)։ Այսպես ծայրահեղ վերականգնման համակարգի շատ ֆերմենտների գեների մուտացիաները հանգեցնում են մարդու սոմատիկ բջիջների մուտացիաների հաճախականությունների կտրուկ բարձրացմանը, և դա էլ իր հերթին հանգեցնում է պիգմենտային քսերոդերմիայի կամ չարորակ ուռուցքային ծածկույթի զարգացմանը։

Մուտագեններ[խմբագրել]

    1rightarrow.png Հիմնական հոդված՝ Մուտագեններ

Մուտագեն գործոններ՝ գոյություն ունեն մի շարք գործոններ, որոնք կարող են զգալի չափով ավելացնել մուտացիաների հաճախականությունները։ Դրանց շարքին են դասվում.

Մուտացիաների դասակարգումը[խմբագրել]

Գոյություն ունեն մուտացիաների մի քանի դասակարգումներ ըստ տարբեր չափանիշների։ Մյոլլեռը առաջարկել է մուտացիաները բաժանել ըստ գենի գործառնության փոփոխության բնույթի. հիպոմորֆ (փոփոխված ալլելները գոծում են նույն ուղղությամբ ինչ-որ վայրի տեսակի ալլելները՝ սինթեզելով միայն ավելի քիչ քանակի սպիտակուցային նյութ), ամորֆ (մուտացիան նման է գենի գործառնության լրիվ կորստին օրինակ white մուտացիան Drosophila), հակաամորֆ (մուտացիոն հատկանիշը փոխվում է, օրինակ եգիպտացորենի սերմերի կարմիր գույնը փոխվում է մոխրագույնի) և նեոամորֆ։ Ժամանակակից գիտական գրականությունում օգտագործվում է առավել ֆորմալ դասակարգում, որը հիմնված է առանձին գեների, քրոմոսոմների և ամբողջական գենոմի կառուցվածքի փոփոխության բնույթի վրա։ Այդ դասակարգման շրջանակներում տարբրում են հետևյալ մուտացիաները.

  • գենոմային
  • քրոմոսոմային
  • գենային

Գենոմային- պոլիպլոիդիզացում ( օրգանիզմների կամ բջիջների առաջացում որոնց ենոմը ներկայացված է քրոմոսոմների երկուսից ավել հավաքածուով) և անեուպլոիդիացում` գապլոիդ հավաքածուին ոչ բազմապատիկ քրոմոսոմների թվի փոփոխություն: Կախված քրոմոսոմային հավաքածուների ծագումից պոլիպլոիդների մեջ տարբերում են ալլոպոլիպլոիդներ, որոնք ունեն տարբեր տեսակներ հիբրիդացումից ստացված քրոմոսոմների ավաքածուներ, և աուտոպոլիպլոիդներ, որոնց մոտ տեղի է ունենում սեփական գենոմի քրոմոսոմների թվի ավելացում n անգամ: Քրոմոսոմային մուտացիաների ժամանակ տեղի են ունենում առանձին քրոմոսոմների կառուցվածքի խոշոր փոփոխություներ: Այդ դեպքում դիտվում է մեկ կամ մի քանի քրոմոսոմների գենետիկական նյութի կորուստ (դելեցիա) կամ կրկնապատկում (դուպլիկացիա), ինչպես նաև առանձին քրոմոսոմների հատվածների կողմնորոշման փոփոխություն (ինվերսիա) և գենետիկական նյութի տեղափոխություն մեկ քրոմոսոմից մյուսի վրա (տրանսլոկացիա)(ծարահեղ դեպք է հանդիդանում ամբողջական քրոմոսոմների միավորումը, դրա օրինակ է Ռոբերտսոնյան տրանսլոկացիան, որը հանդիսանում է քրոմոսոմային մուտացիայից գենոմայինի անցումային տարբերակ): Գենային մակարդակով ԴՆԹ-ի սկզբնական կառուցվածքի փոփոխություները մուտացիայի ազդեցության տակ նվազ նշանակալից են, քանց թե քրոմոսոմային մուտացիաների դեքում, սակայն գենային մուտացիաերը առավել հաճախ են հանդիպում: Գենային մուտացիաների արդյունքում տեղի են ունենում մեկ կամ մի քանի նուկլեոտիդների փոփոխություններ , դելեցիաներ, ներդրումներ և տրանսլոկացիաներ, դուպլիկացիաներ և ինվերսիաներ գեների տարբեր հատվածներում: Այն դեպքում երբ մուտացիայի ազդեցության տակ փոփոխվում է միայն մեկ նուկլեոտիդ, ապա խոսքը գնում է կետային մուտացիաների մասին: Քանի որ ԴՆԹ-ի կազմի մեջ մտնում են միայն երկու տիպի ազոտային միացություններ` պուրիններ և պիրիմիդիններ, ապա հիմքերի փոփոխությամբ բոլոր կետային մուտացիաերը բաժանվում են երկու դասի՝ տրանզիցիա (պուրինի փոփոխությունը պուրինով և պիրիմիդինի փոփոխությունը պիրմիդինով) և տրանսվերսիա (պուրինի փոփոխությունը պիրիմիդինով և հակառակը)։ Հնարավոր են կետային մուտացիաների չորս գենետիկական հետևանք.

1. կոդոնի իմաստի պահպանում գենետիակական կոդի ընդարձակվածության պատճառով (նուկլեոտիդի հոմանիշային փոփոխություն)

2.կոդոնի իմաստի փոփոխություն, որը հանգեցնում է պոլիպեպտիդային շղթայի համապատասխան մասում ամինաթթուների փոխարինման (միսսենս-մուտացիա)

3.անիմաստ կոդոնի առաջացումը (նոնսենս- մուտացիա)։ Գենետիկական կոդում գոյություն ունեն երեք անիմաստ կոդոն՝ ամբեր - UAG, օխր- UAA և օպալ- UGA (սրանց համապատասխան էլ ստացվում են մուտացիաների անվանումները, որոնք բերում են անիմաստ տրիպլետների առաջացմանը՝ ամբեր-մուտացիա)

4.հետադարձ փոփոխություն

Ըստ գեների արտահայտման (էքսպրեսիայի) վրա ազդեցության մուտացիաները բաժանվում են 2 կատեգորիայի` հիմքերի զույգերի փոփոխման տիպի մուտացիաներ և հաշվառման շրջանակի շեղման տիպի (frameshift) : Վերջիններս իրենցից ներկայացնում են դելեցիաներ կամ նուկլեոտիդների մեջբերումներ, որոնց թիվը բազմապատիկ չէ երեքի, ինչը կապված է գենետիկական կոդի եռահյուսման հետ: Առաջնային մուտացիան հաճախ անվանում են ուղիղ մուտացիա, իսկ գենի ելակետային կառուցվածքը վերականգնող մուտացիան հակառակ մուտացիա կամ ռեվերսիա։ Մուտանտ օրգանիզմի մոտ ելակետային ֆենոտիպին վերադարձը մուտացիոն գործառույթի վերականգնման հետևանքով տեղի է ունենում ոչ թե իրական ռեվերսիայի հաշվին, այլ նույն գենի կամ մեկ ուրիշ ոչ ալլելային գենի այլ հատավածում մուտացիայի հետևանքով։ Այդ դեպքում հետադարձ մուտացիան անվանում են սուպրեսսորային։ Այն գենետիկակամ մեխանիզմները, որոնց շնորհիվ տեղի է ունենում մուտանտ ֆենոտիպի սուպրրեսիան, խիստ բազմազան են։

Մուտացիաների հետևանքները բջջի և օրգանիզմի համար[խմբագրել]

Մուտացիաները որոնք վատթարացնում են բջջի գործունեությունը բազմաբջիջ օրգանիզմում, հաճախ հանգեցնում են բջջի վերացմանը (մասնավորապես բջջի ծրագրավորվող մահվան՝ ապապտոզին)։ Եթե ներքին և արտաքին բջջային մեխանիզմները չեն հայտնաբերել մուտացիան և բջիջը անցել է բաժանումը, ապա մուտանտային գենը փոխանցվում է բջջի բոլոր սերունդներին, և առավել հաճախ հանգեցնում նրան, որ բոլոր այդ բջիջները սկսում են այլ կերպ գործել։ Բարդ բազմաբջիջ օրգանիզմի սոմատիկ բջիջների մուտացիան կարող է բերել չարորակ կամ լավորակ նորագոյացությունների, սեռական բջջում մուտացիան կարող է հանգեցնել սերնդի ամբողջ օրգանիզմի հատկությունների փոփոխությանը։ Գոյատևման հաստատուն պայմաններում առանձնյակներից շատերը ունեն օպտիմալին մոտ գենոտիպ, իսկ մուտացիաները առաջացնում են օրգանիզմի գործառույթների խախտում, նվազեցնում են նրա հարմարվածությունը և կարող են բերել առանձնյակի մահվան։ Սակայն շատ հազվադեպ մուտացիան կարող է բերել օրգանիզմի մոտ օգտակար հատկանիշների առաջացմանը և այդ դեպքում մուտացիայի հետևանքները դրական։ Այս դեպքում մուտացիաները շրջակա միջավայրին հարմարվելու միջոց են և համապատասխանաբար կոչվում են հարմարվողական։

Մուտացիաների դերը էվոլյուցիոն պրոցեսում[խմբագրել]

Գոյության պայմանների զգալի փոփոխության դեպքում այն մուտացիաները, որոնք ավելի վաղ վնասակար էին կարող են օգտակար դառնալ։ Այսպես մուտացիաները բնական ընտրության նույթ են։ Այսպես մելանիստ- մուտանտները Անգլիայում առաջին անգամ հայտնաբերվել էին գիտնականների կողմից կեչու թրթուրի պոպուլյացիաներում՝ իրենց բնորոշ առավել բաց գունավորում ունեցող առանձնայակների մեջ 19-րդ դարի կեսերին։ Մուգ գունավորումը առաջ է եկել մեկ գենի մուտացիայի արդյունքում։ Թիթեռները անցկացնում են իրենց օրը ծառերի բների և ճյուղերի վրա , որոնք սովորաբար ծածկված են քարաքոսներով, որոնց հիմնագույնի վրա գորշ գունավորումը քողարկող է։ Մթնոլորտի աղտոտմամբ ուղեկցվող արդյունաբերական հեղափոխության արդյունքում քարաքոսները մահացան, իսկ կեչիների բաց գունավորում ունեցող բները ծածկվեցին մրով։ Արդյունքում 20-րդ դարի կեսերին արդյունաբերական շրջաններում մուգ գունավորումը գրեթե ամբողջությամբ դուրս մղեց բացին։ Ապացուցված էր, որ սև ձևի գերադասելի գոյատևման գլխավոր պատճառը թռչունների գիշատչությունն է, որոնք աղտոտված վայրերում ընտրողաբար ուտում էին բաց գունավորում ունեցող թիթեռներին։ Եթե մուտացիան դիպչում է ԴՆԹ-ի «լռող» հատվածներին, կամ հանգեցնում է մեկ գենետիկական կոդի փոփոխմանը հոմանիշով , ապա այն սովորաբար ոչ մի կերպ չի արտահայտվում ֆենոտիպում (այդպիսի հոմանիշային փոփոխության դրսևորումը կարող է կապված լինել կոդոնների օգտագործման տարբեր հաճախականությունների հետ)։ Սակայն այդպիսի մուտացիաները հնարավոր է հայտնաբերել գենային վերլուծության մեթոդներով։ Քանի որ մուտացիաները առավել հաճախ տեղի են ունենում բնական պատճառների հետևանքով, ապա այն ենթադրության մեջ, որ արտաքին միջավայրի հատկությունները չեն փոխվել , ստացվում է, որ մուտացիաների հաճախականությունը պետք է մոտավորապես հաստատուն մնա։ Այս փաստը կարելի է օգտագործել ֆիլոգենի ուսումնասիրությունների համար, տարբեր տակսոնների, այդ թվում և մարդկանց, ծագումնաբանության և ազգակցական կապերի ուսումնասիրության համար։ Այսպիսով լռող գեների մուտացիաները հետազոտողների համար յուրօրինակ «մոլեկուլյար ժամացույց» են ծառայում։ «Մոլեկուլյար ժամացույցի» տեսությունը բխում է նաև այն բանից, որ մուտացիաների մեծամասնությունը չեզոք են և դրանց կուտակման արագությունը տվյալ գենում կախված չէ կամ քիչ չափով է կախված բնական ընտրության ազդեցությունից և այդ պատճառով հաստատուն է մնում երկար ժամանակի ընթացքում։ Տարբեր գեների համար այս արագությունը այնուամենայնիվ տարբերվելու է։ Միտոքոնդրումային ԴՆԹ -ի (ժառանգվում է մայրական գծով) և Y քրոմոսոմում (ժառանգվում է հայրական գծով) մուտացիաների ուսումնասիրությունը լայնորեն կիրառվում է էվոլյուցիոն կենսաբանությունում ռասսաների և ազգությունների ուսումնասիրման, մարդու կենսաբանական զարգացման վերակառուցման համար։

Մուտացիաների պատահականության խնդիրը[խմբագրել]

40-ական թվականներին մանրէաբանների շրջանակում տարածված էր այն տեսակետը , որի համաձային մուտացիաները առաջանում են շրջակա միջավայրի (օրինակ՝ հակաբիոտիկների) ազդեցության հետևանքով, ինչին հարմարվելուն էլ ուղղված են։ Այս հիպոթեզի ստուգման համար մշակվել է ֆլուկտուացիոն թեստը և ռեպլիկների մեթոդը։ Լյուրի-Դելբյուրկի ֆլուկտուացիոն թեստը կայանում էր նրանում, որ բակտերիաների ելակետային կուլտուրայի ոչ մեծ բաժինները ցրում են հեղուկ միջավայրով փորձանոթում, իսկ բաժանման մի քանի պարբերաշրջաններից հետո փորձանոթի մեջ ավելացնում են նաև հակաբիոտիկ։ Այնուհետև Պետրիի թասի վրա կոշտ միջավայրում ցանում են ողջ մնացած հակաբիոտիկների նկատմամբ կայուն բակտերիաներին։ Թեստը ցույց տվեց, որ տարբեր փորձանոթների կայուն գաղութների թիվը շատ փոփոխանակն է, մեծամասամբ այն ոչ մեծ է կամ զրոյական, իսկ որոշ դեպքերում շատ բարձր։ Դա նշանակում է, որ հակաբիոտիկների նկատմամբ կայունություն առաջացնող մուտացիաները առաջունում էին ժամանակի պատահական պահերին ինչպես մինչև ազդեցությունը այնպես էլ դրանից հետո։ Ռեպլիկների մեթոդը կայանում է նրանում, որ Պետրիի ելակետային բաժակից, որտեղ կոշտ միջավայրում աճում են բակտերիաների գաղութներ, թողնվում է հետք խավավոր կտորի վրա, այնուհետև կտորի վրայից բակտերիաները տեղափոխվում են մի քանի այլ բաժակների վրա, որտեղ դրանց տեղադրվածության պատկերը ստացվում է նույնը ինչ-որ ելակետային բաժակի վրա էր։ Հակաբիոտիկների ազդեցությունից հետո բոլոր բաժակներում ողջ են մնում այն գաղութները, որոնք տեղադրված էին միևնույն կետերում։ Մաղելով նման գաղութները նոր բաժակների վրա՝ կարելի է ցույց տալ, որ գաղութնի մեջ գտնվող բոլոր բակտերիաները օժտված են կայունությամբ։ Այսպիսով երկու մեթոդներով էլ ապացուցվեց, որ հարմարվողական մուտացիաները առաջանում են անկախ այն գործոնի ազդեցությունից, որոնց նկատմամբ դրանք օգնում են հարմարվել, և այդ իմաստով մուտացիաները պատահական են։ Սակայն անկասկած է, որ այս կամ այն մուտացիայի հնարավորությունը կախված է գենոտիպից և կապուղված է էվոլյուցիայի նախորդող քայլով։ (տես Ժառանգական փոփոխականության մեջ հոմոլոգիական շարքերի օրենքը) Բացի դրանից օրինաչափորեն տարբերվում է տարբեր գեների և մեկ գենի ներսում տարբեր հատվածների մուտացիայի հաճախականությունը։ Նաև հայտնի է, որ իմունիտետի մեխանիզմում բարձրագույն օրգանիզմները օգտագործում են «նպատակամղված» մուտացիաները։ Դրանց օգնությամբ ստեղծվում են լիմֆոցիտների կլոնների բազմազանություն, որոնց մեջ, արդյունքում, միշտ գտնվում են այնպիսի բջիջներ, որոնք ի վիճակի են տալ իմունային պաասխան օրգանիզմի համար նոր անհայտ հիվանդությանը։ Համապատասխան լիմֆոցիտները ենթարկվում են դրական սելեկցիայի, որի արդյունքում առաջանում է իմունոլոգիական հիշողությունը (Յուրի Չայկովսկու աշխատանքներում խոսվում է նաև այլ նպատակամղված մուտացիաների մասին)։

Գրականություն[խմբագրել]

  • Инге-Вечтомов С. В. Генетика с основами селекции. М., Высшая школа, 1989.