Як викликають мутації

У 1899 р два вчених - російський С. І. Коржинський і голландець Гуго де Фриз описали явище спадкової мінливості в природних, природних умовах. У різних видів серед переважної маси нормальних організмів вони виявили окремі особини, різко відрізнялися за своїми зовнішніми ознаками. Ці форми де Фриз назвав мутаціями або мутантами.

Характерною особливістю мутантів було те, що вони передавали нащадкам свої змінені ознаки. Інакше кажучи, природа мінливості була спадковою. У короткий термін це явище було відкрито у багатьох рослин і тварин. Стало ясно, що мутанти виникають у всіх видів живих істот. Причому в середньому один мутант виникає серед 100 тис. Або 1 млн. Особин.

Разючі відмінності нормальних організмів від полиплоидних. Зліва зображено звичайне рослина енотери, праворуч - гігантська єнотера, виявлена Гуго де Фріз у кінці 90-х років минулого століття. Де Фриз не знав, чому зобов`язаний цей екземпляр енотери своїм великим зростанням, безліччю стебел, великими квітками. Лише через 30 років генетики знайшли, що це пов`язано зі збільшенням набору хромосом в клітинах гігантської енотери. Малюнок гігантської енотери був зроблений самим де Фріз.

Природно, що дослідників зацікавило питання про природу мутацій і причини їх виникнення. Мутації - це зміни спадкових властивостей організмів, значить, їх природа пов`язана з якимись порушеннями в складі і будові хромосом, що несуть спадкову, або генетичну, інформацію (див. Ст. «Спадковість»). Але що саме змінюється в хромосомах при виникненні мутацій, дізнатися довгий час не вдавалося. Більш того, протягом майже чверті століття вчені-генетики не могли викликати мутації штучно і знаходили мутантів тільки в природі.

Але ось в 1925 р радянському вченому академіку Г. А. Надсона і його учневі Г. С. Філіппову вдалося опроміненням штучно викликати мутації у мікроскопічних грибів. Автори вперше описали «індукований мутагенез» у дріжджів під дією рентгенових променів. Через два роки в США Г. Меллер показав мутагенну дію рентгенових променів на дрозофілу - невелика комаха, яке часто використовують генетики в своїх експериментах. Так був відкритий радіаційний мутагенез, т. е. штучне викликання мутацій впливом на живі організми різного роду випромінювань. Зараз відомо, що практично всі види променевої енергії здатні змінювати спадковість всіх без винятку живих організмів - від вірусів до людини.

Довгий час не вдавалося викликати мутації за допомогою хімічних впливів. Т. X. Морган в США, Н. К. Кольцов в СРСР і багато інших ставили такі досліди самі і доручали їх своїм учням, але безрезультатно.

Відео: # 14 Біологія. мутації

У 1928 р в тій же лабораторії Г. А. Надсона, де вперше було встановлено мутагенну дію випромінювання, відкрили і хімічний мутагенез. М. Н. Мейсель довів, що пари хлороформу викликають мутації у дріжджів. У 1932 р В. В. Сахаров провів експеримент, в якому за допомогою розчину йоду зумів викликати мутації у личинок дрозофіли. У особин мух, які розвинулися з цих личинок, частота мутацій виявилася в кілька разів вище, ніж у контрольних комах. Через деякий час ще в кількох радянських лабораторіях (С. М. Гершензоном, М. В. Лобашової, І. А. Рапопорт) і в Англії (Ш. Ауербах) було доведено мутагенну дію ряду хімічних речовин. Після другої світової війни хімічний мутагенез стали вивчати дуже широко. Але найбільш значних результатів вчені досягли після того, як була встановлена структура речовини спадковості - дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК).

Це відкриття дозволило цілеспрямовано шукати все нові і нові речовини, що змінюють спадковість. Тепер відомо, що багато речовин, здатні реагувати з складовими частинами ДНК (відривати від них окремі атоми або групи їх чи, навпаки, передавати їм свої частини), можуть змінювати спадкову запис - генетичний код. Сьогодні відкрито багато різних хімічних мутагенів, т. е. речовин, що викликають зміни в спадковості: гидроксиламин, гідразину, азотиста кислота, різні акридиновим барвники, аналоги азотистих основ, уретани, багато отруйні і отруйні речовини (наприклад, азоту та сірчаний іприт), а також зміни в кислотності середовища.

Мутації можна викликати в клітинах покояться і діляться. Є мутагени, які проявляють свою активність незалежно від того, ділиться клітина чи ні. Є й такі речовини, які можуть змінювати генетичний код тільки в момент поділу клітин, коли відбувається подвоєння молекул ДНК.

Вивчення хімії взаємодії мутагенів з ДНК виявило важливе правило. Виявилося, що більшість мутагенів взаємодіють зі строго визначеними складовими частинами ДНК. ДНК складена з двох цукрово-фосфатних ланцюгів, до яких приєднані по їх довжині азотисті основи чотирьох типів - аденін, тимін, гуанін і цитозин. Виявилося, що деякі мутагени взаємодіють тільки з цитозином, а інші - тільки з аденін. Це дозволяє використовувати в деяких випадках цілком певні речовини, щоб змінювати ті чи інші частини ДНК.

Відео: Час вивчати мутації №2: мутації і рак

Дослідження останніх років дозволили виявити ще одну важливу закономірність. Під час життя клітин її генетична інформація постійно бере участь в управлінні хімічними процесами всередині клітин, адже саме в ДНК записана програма синтезу білків в клітинах. Коли ця спадкова програма «переписується» особливими ферментами з молекул ДНК на інші молекули, можуть траплятися «помилки», які тягнуть за собою зміни спадкових властивостей організму. Мутації з`являються також в момент розмноження молекул або під час обміну генетичною інформацією між хромосомами.

Отже, не тільки за рахунок штучних і часто незвичайних впливів на організм отрутами або випромінюванням відбуваються зміни в спадковості живих організмів на Землі. І в звичайних умовах, при нормально протікають в організмах ферментативних процесах, накопичуються помилки в ДНК, в результаті чого відбуваються мутації. Але це трапляється, звичайно, рідше, ніж при впливі сильно пошкоджують агентами.

Вивчення мутаційного процесу стало важливою галуззю сучасної генетики. Зараз, як правило, мутагенні речовини відчувають спочатку на мікроорганізмах. Це і дешевше і простіше. Лише потім перевіряють їх на вищих організмах. За допомогою мутагенних речовин вчені отримують потрібні їм організми, які потім використовуються в селекційній роботі. Практично все мікроби, які дають нам антибіотики, амінокислоти, деякі вітаміни і інші біологічно активні речовини, отримані за допомогою мутагенної обробки.