Mutaatiovaihteluiden piirteet. Mutaatioiden tyypit

Miten haitalliset geenit syntyvät?

Vaikka geenien pääominaisuus on kopioida itseään tarkasti, minkä vuoksi monet ominaisuudet siirtyvät perinnöllisesti vanhemmilta lapsille, tämä ominaisuus ei ole ehdoton. Geneettisen materiaalin luonne on kaksijakoinen. Geeneillä on myös kyky muuttua, hankkia uusia ominaisuuksia. Tällaisia ​​muutoksia geeneissä kutsutaan mutaatioiksi. Ja juuri geenimutaatiot luovat elävän aineen evoluution kannalta tarpeellista vaihtelua, elämänmuotojen monimuotoisuutta. Mutaatioita esiintyy missä tahansa kehon solussa, mutta vain sukusolujen geenit voivat siirtyä jälkeläisiin.

Mutaatioiden syynä on se, että monet ympäristötekijät, joiden kanssa jokainen organismi on vuorovaikutuksessa läpi elämän, voivat häiritä geenien ja kromosomien itsensä lisääntymisen tiukkaa järjestystä ja johtaa periytymisvirheisiin. Kokeissa selvitettiin seuraavat mutaatioita aiheuttavat tekijät: ionisoiva säteily, kemikaalit ja lämpöä. On selvää, että kaikki nämä tekijät ovat olemassa ihmisen luonnollisessa ympäristössä (esimerkiksi säteilyn luonnollinen tausta, kosminen säteily). Mutaatiot ovat aina olleet olemassa melko yleisenä luonnonilmiönä.

Koska mutaatiot ovat luonnostaan ​​virheitä geneettisen materiaalin siirtämisessä, ne ovat satunnaisia ​​ja suuntaamattomia, eli ne voivat olla sekä hyödyllisiä että haitallisia ja suhteellisen neutraaleja organismille.

Hyödylliset mutaatiot kiinnittyvät evoluution aikana ja muodostavat perustan elämän asteittaiselle kehittymiselle maapallolla, kun taas elinkelpoisuutta vähentävät haitalliset mutaatiot ovat ikään kuin kolikon kääntöpuoli. Ne ovat perinnöllisten sairauksien taustalla kaikessa monimuotoisuudessaan.

Mutaatioita on kahta tyyppiä:

• geneettinen (molekyylitasolla)
• ja kromosomaalinen (kromosomien lukumäärän tai rakenteen muuttaminen solutaso)

Sekä nämä että muut voivat johtua samoista tekijöistä.

Kuinka usein mutaatioita esiintyy?
Liittyykö sairaan lapsen ilmestyminen usein uuteen mutaatioon?

Jos mutaatioita syntyisi liian usein, elävän luonnon vaihtelu syrjäyttäisi perinnöllisyyden, eikä pysyviä elämänmuotoja olisi olemassa. On selvää, että logiikka sanelee, että mutaatiot ovat harvinaisia ​​tapahtumia, ainakin paljon harvinaisempia kuin mahdollisuus säilyttää geenien ominaisuudet, kun ne siirtyvät vanhemmilta lapsille.

Yksittäisten ihmisen geenien todellinen mutaationopeus on keskimäärin 1:105 - 1:108. Tämä tarkoittaa, että noin yksi miljoonasta sukusolusta kussakin sukupolvessa kantaa uutta mutaatiota. Tai toisin sanoen, vaikka tämä on yksinkertaistus, voimme sanoa, että jokaista miljoonaa normaalin geeninsiirron tapausta kohden on yksi mutaatiotapaus. On tärkeää, että syntyessään yksi tai toinen uusi mutaatio voi siirtyä seuraaville sukupolville eli periytymismekanismin avulla kiinteäksi, koska geenin alkuperäiseen tilaan palauttavat takamutaatiot ovat yhtä harvinaisia.

Populaatioissa mutanttien ja vanhemmilta haitallisen geenin perineiden (segreganttien) suhde kaikkien potilaiden joukossa riippuu sekä perinnön tyypistä että heidän kyvystään jättää jälkeläisiä. Klassisissa resessiivisissä sairauksissa haitallinen mutaatio voi kulkea huomaamatta useiden terveiden kantajasukupolvien läpi, kunnes kaksi saman haitallisen geenin kantajaa menee naimisiin, jolloin lähes jokainen tällainen sairaan lapsen syntymä johtuu pikemminkin perinnöstä kuin uudesta mutaatiosta.

Dominanteissa sairauksissa mutanttien osuus on mukana käänteinen suhde potilaiden synnytyskyvystä. On selvää, että kun tauti johtaa varhaiseen kuolemaan tai potilaiden kyvyttömyyteen saada lapsia, sairauden periytyminen vanhemmilta on tietysti mahdotonta. Jos sairaus ei vaikuta elinajanodotteeseen tai kykyyn saada lapsia, päinvastoin perinnölliset tapaukset ovat vallitsevia, ja uudet mutaatiot ovat harvinaisia ​​niihin verrattuna.

Esimerkiksi jollakin kääpiön muodoista (dominoiva achondroplasia), sosiaalisten ja biologisista syistä kääpiöiden lisääntyminen on selvästi keskimääräistä alhaisempi, ja tässä populaatiossa on noin 5 kertaa vähemmän lapsia muihin verrattuna. Jos otamme normin keskimääräiseksi kertoimeksi 1, niin kääpiöille se on 0,2. Tämä tarkoittaa, että 80 % kunkin sukupolven potilaista on seurausta uudesta mutaatiosta, ja vain 20 % potilaista perii kääpiöisyyden vanhemmiltaan.

Geneettisesti sukupuoleen liittyvissä perinnöllisissä sairauksissa mutanttien osuus sairaiden poikien ja miesten joukossa riippuu myös potilaiden suhteellisesta hedelmällisyydestä, mutta äideiltä periytymistapaukset ovat aina vallitsevia, myös niissä sairauksissa, joissa potilaat eivät jätä jälkeläisiä ollenkaan. . Uusien mutaatioiden enimmäisosuus tällaisissa tappavissa sairauksissa ei ylitä 1/3 tapauksista, koska miehet muodostavat täsmälleen kolmanneksen koko väestön X-kromosomeista ja kaksi kolmasosaa niistä osuu naisiin, jotka pääsääntöisesti , ovat terveitä.

Voinko saada lapsen, jolla on mutaatio, jos minulla on yliannostus valotus?

Ympäristön saastumisen, sekä kemiallisen että radioaktiivisen, kielteiset seuraukset ovat vuosisadan ongelma. Geneetikot eivät kohtaa sitä niin harvoin kuin haluaisimme monissa kysymyksissä: työperäisistä vaaroista ympäristön heikkenemiseen onnettomuuksien seurauksena ydinvoimaloita. Ja huoli on ymmärrettävää esimerkiksi Tšernobylin tragediassa selvinneiden ihmisten kohdalla.

Ympäristön saastumisen geneettiset seuraukset liittyvätkin perinnöllisiin sairauksiin johtavien mutaatioiden, myös haitallisten, lisääntymiseen. Nämä seuraukset eivät kuitenkaan onneksi ole niin katastrofaalisia, että ne puhuisivat ihmiskunnan geneettisen rappeutumisen vaarasta ainakaan nykyisessä vaiheessa. Lisäksi, jos tarkastellaan ongelmaa yksittäisten henkilöiden ja perheiden osalta, voimme luottavaisin mielin sanoa, että riski saada sairas lapsi altistumisesta tai muista haitallisista vaikutuksista mutaation seurauksena ei ole koskaan suuri.

Vaikka mutaatioiden taajuus kasvaa, mutta ei niin paljon, että se ylittää prosentin kymmenesosan tai jopa sadasosan. Joka tapauksessa kaikille ihmisille, jopa niille, jotka ovat alttiina ilmeisille mutageenisille tekijöille, riski negatiivisia seurauksia jälkeläisille on paljon pienempi kuin kaikille ihmisille luontainen geneettinen riski, joka liittyy esi-isiltä perittyjen patologisten geenien kuljettamiseen.

Lisäksi kaikki mutaatiot eivät johda välittömään ilmenemiseen sairauden muodossa. Monissa tapauksissa, vaikka lapsi saisi uuden mutaation yhdeltä vanhemmistaan, hän syntyy täysin terveenä. Merkittävä osa mutaatioista on nimittäin resessiivisiä, eli ne eivät osoita haitallisia vaikutuksiaan kantajissa. Eikä käytännössä ole tapauksia, joissa molempien vanhempien alun perin normaaleilla geeneillä lapsi saa saman uuden mutaation samanaikaisesti isältä ja äidiltä. Tällaisen tapauksen todennäköisyys on niin merkityksettömän pieni, että koko maapallon väestö ei riitä ymmärtämään sitä.

Tästä seuraa myös se toistuminen mutaatiot samassa perheessä ovat lähes mahdottomia. Siksi, jos terveillä vanhemmilla on sairas lapsi, jolla on hallitseva mutaatio, heidän muiden lastensa, eli potilaan veljien ja sisarten, on oltava terveitä. Sairaan lapsen jälkeläisten riski saada sairaus on kuitenkin 50 % klassisten sääntöjen mukaan.

Onko olemassa poikkeamia tavanomaisista perinnöllisistä säännöistä ja mihin ne liittyvät?

Kyllä siellä on. Poikkeuksena - joskus vain sen harvinaisuuden vuoksi, kuten hemofiliaa sairastavien naisten esiintyminen. Niitä esiintyy useammin, mutta joka tapauksessa poikkeamat johtuvat monimutkaisista ja lukuisista geenien suhteista kehossa ja niiden vuorovaikutuksesta ympäristön kanssa. Itse asiassa poikkeukset heijastavat kaikkia samoja genetiikan peruslakeja, mutta monimutkaisemmalla tasolla.

Esimerkiksi monille dominoivasti perinnöllisille sairauksille on ominaista voimakas vaihtelu niiden vaikeusasteessa, jossa patologisen geenin kantajassa taudin oireet saattavat joskus puuttua kokonaan. Tätä ilmiötä kutsutaan geenin epätäydelliseksi penetranssiksi. Siksi hallitsevia sairauksia sairastavien perheiden sukutauluista löytyy joskus ns. lipsahdussukupolvia, jolloin tunnetut geenin kantajat, joilla on sekä sairaita esivanhempia että sairaita jälkeläisiä, ovat käytännössä terveitä.

Joissakin tapauksissa tällaisten kantajien perusteellisempi tutkimus paljastaa, vaikkakin vähäisiä, pyyhittyjä, mutta melko selkeitä ilmenemismuotoja. Mutta tapahtuu myös niin, että käytettävissämme olevilla menetelmillä ei ole mahdollista havaita patologisen geenin ilmenemismuotoja, vaikka selkeitä geneettisiä todisteita siitä on tietyllä henkilöllä.

Tämän ilmiön syitä ei vielä ymmärretä hyvin. Uskotaan, että mutanttigeenin haitallista vaikutusta voidaan modifioida ja kompensoida muilla geeneillä tai ympäristötekijöillä, mutta tällaisen muuntamisen ja kompensoinnin spesifiset mekanismit tietyissä sairauksissa ovat epäselviä.

On myös mahdollista, että joissakin perheissä resessiiviset sairaudet tarttuvat useissa sukupolvissa peräkkäin, jotta ne voidaan sekoittaa hallitseviin. Jos potilaat menevät naimisiin saman sairauden geenin kantajien kanssa, puolet heidän lapsistaan ​​perii myös "kaksinkertaisen annoksen" geeniä - sairauden ilmentymiselle välttämätön edellytys. Sama asia voi tapahtua seuraaville sukupolville, vaikka tällaista "kasuistiikkaa" esiintyy vain useissa sukulaisavioliitoissa.

Lopuksi merkkien jako hallitseviin ja resessiivisiin ei myöskään ole ehdoton. Joskus tämä jako on yksinkertaisesti ehdollinen. Samaa geeniä voidaan pitää hallitsevana joissakin tapauksissa ja resessiivisenä toisissa tapauksissa.

Hienovaraisia ​​tutkimusmenetelmiä soveltamalla toiminta on usein mahdollista tunnistaa resessiivinen geeni heterotsygoottisessa tilassa, jopa täysin terveillä kantajilla. Esimerkiksi sirppisoluhemoglobiinin geeni heterotsygoottisessa tilassa aiheuttaa punasolujen sirppimuodon, joka ei vaikuta ihmisten terveyteen, ja homotsygoottisessa tilassa se johtaa vakavaan sairauteen - sirppisoluanemiaan.

Mitä eroa on geeni- ja kromosomimutaatioilla.
Mitä ovat kromosomitaudit?

Kromosomit ovat geneettisen tiedon kantajia monimutkaisemmalla - solutason organisaatiotasolla. perinnölliset sairaudet voi johtua myös sukusolujen muodostumisen aikana syntyneistä kromosomivioista.

Jokainen kromosomi sisältää oman sarjansa geenejä, jotka sijaitsevat tiukassa lineaarisessa sekvenssissä, eli tietyt geenit eivät sijaitse vain samoissa kromosomeissa kaikille ihmisille, vaan myös näiden kromosomien samoissa osissa.

Normaalit kehon solut sisältävät tiukasti määritellyn määrän parillisia kromosomeja (siis niissä olevien geenien pariutuminen). Ihmisillä jokaisessa solussa sukupuolta lukuun ottamatta 23 paria (46) kromosomeja. Sukupuolisolut (munat ja siittiöt) sisältävät 23 paritonta kromosomia - yhden sarjan kromosomeja ja geenejä, koska parilliset kromosomit eroavat toisistaan ​​solun jakautumisen aikana. Hedelmöityksen aikana, kun siittiö ja muna sulautuvat yhteen, sikiö kehittyy yhdestä solusta (nyt täydellisellä kaksinkertaisella kromosomien ja geenien sarjalla) - alkiosta.

Mutta sukusolujen muodostuminen tapahtuu joskus kromosomaalisilla "virheillä". Nämä ovat mutaatioita, jotka johtavat muutokseen solun kromosomien lukumäärässä tai rakenteessa. Tästä syystä hedelmöittyneessä munasolussa voi olla normaaliin verrattuna yli- tai puutos kromosomimateriaalia. On selvää, että tällainen kromosomiepätasapaino johtaa vakaviin sikiön kehityksen häiriöihin. Tämä ilmenee spontaaneina keskenmenoina ja kuolleena syntyneinä, perinnöllisinä sairauksina, oireyhtyminä, joita kutsutaan kromosomaalisiksi.

Tunnetuin esimerkki kromosomistaudista on Downin tauti (trisomia - ylimääräisen 21. kromosomin ilmaantuminen). Tämän taudin oireet havaitaan helposti lapsen ulkonäön perusteella. Tämä on ihopoimu silmien sisäkulmissa, joka antaa kasvoille mongoloidisen ilmeen, ja suuren kielen, lyhyet ja paksut sormet, huolellisessa tutkimuksessa sellaiset lapset paljastavat myös sydänvikoja, näkö- ja kuulovaurioita sekä henkistä jälkeenjääneisyyttä.

Onneksi toistumisen todennäköisyys tämän taudin ja monien muiden perheessä kromosomipoikkeavuuksia pienet: suurimmassa osassa tapauksista ne johtuvat satunnaisista mutaatioista. Lisäksi tiedetään, että satunnaisia ​​kromosomimutaatioita esiintyy useammin synnytysajan lopussa.

Siten äitien iän kasvaessa myös kromosomivirheen todennäköisyys munasolun kypsymisen aikana kasvaa, ja siksi tällaisilla naisilla on noussut riski lapsen syntymän kanssa kromosomihäiriöt. Jos Downin oireyhtymän yleinen ilmaantuvuus kaikilla vastasyntyneillä on noin 1:650, niin nuorten äitien (25-vuotiaat ja sitä nuoremmat) jälkeläisillä se on merkittävästi pienempi (alle 1:1000). Yksilöllinen riski saavuttaa keskimääräisen tason 30-vuotiaana, se on korkeampi 38-vuotiaana - 0,5 % (1:200) ja 39-vuotiaana - 1 % (1:100), yli-vuotiaana. 40 se nousee 2-3 prosenttiin.

Voivatko ihmiset, joilla on kromosomipoikkeavuuksia, olla terveitä?

Kyllä, he voivat tietyntyyppisillä kromosomimutaatioilla, kun ei kromosomien lukumäärä vaan rakenne muutu. Tosiasia on, että rakenteelliset uudelleenjärjestelyt niiden ilmestymishetkellä voivat osoittautua tasapainoisiksi - niihin ei liity kromosomimateriaalin ylimäärää tai puutetta.

Esimerkiksi kaksi paritonta kromosomia voivat vaihtaa eri geenejä sisältäviä osioitaan, jos kromosomikatkojen aikana, joita toisinaan havaitaan solunjakautumisen yhteydessä, niiden päät muuttuvat ikäänkuin tahmeiksi ja tarttuvat yhteen muiden kromosomien vapaiden fragmenttien kanssa. Tällaisten vaihtojen (translokaatioiden) seurauksena kromosomien lukumäärä solussa säilyy, mutta tällä tavalla syntyy uusia kromosomeja, joissa geenien tiukan pariutumisen periaatetta rikotaan.

Toinen translokaatiotyyppi on kahden lähes kokonaisen kromosomin liimaus niiden "tahmeilla" päillä, minkä seurauksena kokonaismäärä kromosomit vähenevät yhdellä, vaikka kromosomimateriaalin menetystä ei tapahdu. Ihminen - tällaisen translokaation kantaja - on täysin terve, mutta hänen tasapainoiset rakenteelliset uudelleenjärjestelyt eivät ole enää sattumia, vaan ne johtavat aivan luonnollisesti hänen jälkeläisensä kromosomiepätasapainoon, koska olennainen osa tällaisten translokaatioiden kantajien sukusoluissa on ylimääräistä tai päinvastoin riittämätöntä kromosomimateriaalia.

Joskus tällaisilla kantajilla ei voi olla terveitä lapsia ollenkaan (vaikka tällaiset tilanteet ovat erittäin harvinaisia). Esimerkiksi samanlaisen kromosomaalisen poikkeaman kantajissa - kahden identtisen kromosomin välinen translokaatio (esimerkiksi saman 21. parin päiden fuusio), 50 % munasoluista tai siittiöistä (riippuen kantajan sukupuolesta) sisältää 23 kromosomeja, mukaan lukien kaksinkertainen, ja loput 50 % sisältävät yhden kromosomin odotettua vähemmän. Hedelmöityessään kaksoiskromosomin omaavat solut saavat toisen, 21. kromosomin, ja sen seurauksena syntyy Downin tautia sairastavia lapsia. Solut, joista puuttuu kromosomi 21 hedelmöityksen aikana, synnyttävät elinkyvyttömän sikiön, joka keskeytyy spontaanisti raskauden ensimmäisellä puoliskolla.

Myös muuntyyppisten translokaatioiden kantajilla voi olla terveitä jälkeläisiä. On kuitenkin olemassa riski kromosomiepätasapainosta, joka johtaa jälkeläisten vakavaan kehityspatologiaan. Tämä riski rakenteellisten uudelleenjärjestelyjen kantajien jälkeläisille on huomattavasti suurempi kuin satunnaisten uusien mutaatioiden aiheuttama kromosomipoikkeavuuksien riski.

Translokaatioiden lisäksi on olemassa muun tyyppisiä kromosomien rakenteellisia uudelleenjärjestelyjä, jotka johtavat samanlaisiin negatiivisiin seurauksiin. Onneksi kromosomipoikkeavuuksien perinnöllisyys, johon liittyy suuri patologian riski, on paljon harvinaisempaa elämässä kuin satunnaiset kromosomimutaatiot. Kromosomisairauksien tapausten suhde niiden mutanttien ja perinnöllisten muotojen kesken, vastaavasti noin 95 % ja 5 %.

Kuinka monta perinnöllistä sairautta on jo tiedossa?
Onko niiden määrä lisääntymässä vai vähenemässä ihmiskunnan historiassa?

Yleisten biologisten käsitysten perusteella voisi odottaa likimääräistä vastaavuutta kehon kromosomien lukumäärän ja kromosomisairauksien määrän välillä (ja samalla tavalla geenien määrän ja geenisairauksien välillä). Tällä hetkellä tunnetaankin useita kymmeniä kromosomipoikkeavuuksia, joilla on erityisiä kliinisiä oireita (joka itse asiassa ylittää kromosomien lukumäärän, koska erilaiset määrälliset ja rakenteellisia muutoksia samasta kromosomista johtuvat erilaiset sairaudet).

Yksittäisten geenien mutaatioiden (molekyylitasolla) aiheuttamien tunnettujen sairauksien määrä on paljon suurempi ja ylittää 2000. On arvioitu, että geenien lukumäärä kaikissa ihmisen kromosomeissa on paljon suurempi. Monet niistä eivät ole ainutlaatuisia, koska ne esitetään moninkertaisina toistuvina kopioina eri kromosomeissa. Lisäksi monet mutaatiot eivät voi ilmetä sairauksina, vaan johtaa sikiön alkiokuolemaan. Geenisairauksien määrä vastaa siis suunnilleen organismin geneettistä rakennetta.

Lääketieteellisen geenitutkimuksen kehittyessä kaikkialla maailmassa tunnettujen perinnöllisten sairauksien määrä kasvaa vähitellen, ja monet niistä, joista on tullut klassikoita, ovat olleet ihmisten tuntemia jo pitkään. Nyt geneettisessä kirjallisuudessa on eräänlainen buumi julkaisuissa, jotka koskevat oletettavasti uusia perinnöllisten sairauksien ja oireyhtymien tapauksia ja muotoja, joista monia kutsutaan yleensä löytäjien nimillä.

Muutaman vuoden välein kuuluisa amerikkalainen geneetikko Victor McKusick julkaisee luetteloita perinnöllisistä piirteistä ja ihmisten sairauksista, jotka on koottu maailman kirjallisuuden tietojen tietokoneanalyysin perusteella. Ja joka kerta, kun jokainen seuraava painos eroaa edellisestä tällaisten sairauksien lisääntymisestä. Ilmeisesti tämä suuntaus jatkuu, mutta pikemminkin se kuvastaa perinnöllisten sairauksien tunnistamisen paranemista ja niihin kiinnittämistä enemmän kuin todellinen lisäys niiden lukumäärä evoluutioprosessissa.

Geenimutaatiot ovat molekyylimuutoksia DNA:n rakenteessa, jotka eivät näy valomikroskoopilla. Geenimutaatiot sisältävät kaikki muutokset DNA:n molekyylirakenteessa riippumatta niiden sijainnista ja vaikutuksesta elinkelpoisuuteen. Joillakin mutaatioilla ei ole vaikutusta vastaavan proteiinin rakenteeseen ja toimintaan. Toinen (usein) osa geenimutaatioista johtaa viallisen proteiinin synteesiin, joka ei pysty suorittamaan oikeaa tehtäväänsä. Geenimutaatiot määräävät useimpien perinnöllisten patologian muotojen kehittymisen.

Yleisimmät ihmisen monogeeniset sairaudet ovat: kystinen fibroosi, hemokromatoosi, adrenogenitaalinen oireyhtymä, fenyyliketonuria, neurofibromatoosi, Duchenne-Beckerin myopatiat ja monet muut sairaudet. Kliinisesti ne ilmenevät aineenvaihduntahäiriöiden (aineenvaihdunta) oireina kehossa. Mutaatio voi olla:

1) kodonin emässubstituutiossa tämä on ns missense-mutaatio(englanniksi väärin - väärä, väärä + lat. sensus - merkitys) - nukleotidisubstituutio geenin koodaavassa osassa, joka johtaa aminohapposubstituutioon polypeptidissä;

2) sellaisessa kodonien muutoksessa, joka johtaa tiedon lukemisen pysähtymiseen, tämä on ns. järjetön mutaatio(latinasta non - no + sensus - merkitys) - nukleotidin korvaaminen geenin koodaavassa osassa johtaa terminaattorikodonin (stop-kodonin) muodostumiseen ja translaation lopettamiseen;

3) lukutietojen rikkominen, lukukehyksen muutos, ns kehyssiirto(englanninkielisestä kehyksestä - kehys + siirto: - siirto, liike), kun molekyylimuutokset DNA:ssa johtavat muutokseen tripleteissa polypeptidiketjun translaation aikana.

Myös muun tyyppisiä geenimutaatioita tunnetaan. Molekyylimuutosten tyypin mukaan on:

jako(lat. deletio - tuhoaminen), kun on menetetty DNA-segmentti, jonka koko vaihtelee yhdestä nukleotidista geeniin;

päällekkäisyyksiä(lat. duplicatio - tuplaus), ts. DNA-segmentin kahdentaminen tai uudelleenkaksoittaminen yhdestä nukleotidista kokonaisiin geeneihin;

käännöksiä(lat. inversio - kääntäminen), ts. DNA-segmentin 180° käännös, jonka koko vaihtelee kahdesta nukleotidista fragmenttiin, joka sisältää useita geenejä;

lisäykset(lat. insertio - liite), ts. DNA-fragmenttien, joiden koko vaihtelee yhdestä nukleotidista koko geeniin, liittäminen.

Molekyylimuutoksia, jotka vaikuttavat yhteen tai useampaan nukleotidiin, pidetään pistemutaatioina.

Olennaista ja geenimutaatiolle ominaista on, että se 1) johtaa muutokseen geneettisessä informaatiossa, 2) voi siirtyä sukupolvelta toiselle.

Tietty osa geenimutaatioista voidaan luokitella neutraaleiksi mutaatioiksi, koska ne eivät johda fenotyypin muutoksiin. Esimerkiksi geneettisen koodin rappeutumisesta johtuen samaa aminohappoa voi koodata kaksi triplettiä, jotka eroavat vain yhden emäksen osalta. Toisaalta sama geeni voi muuttua (mutatoitua) useisiin eri tiloihin.

Esimerkiksi geeni, joka ohjaa AB0-järjestelmän veriryhmää. on kolme alleelia: 0, A ja B, joiden yhdistelmät määrittävät 4 veriryhmää. AB0-veriryhmä on klassinen esimerkki normaalien ihmisen ominaisuuksien geneettisestä vaihtelevuudesta.

Geenimutaatiot määräävät useimpien perinnöllisten patologian muotojen kehittymisen. Tällaisten mutaatioiden aiheuttamia sairauksia kutsutaan geeni- eli monogeenisiksi sairauksiksi eli sairauksiksi, joiden kehittymisen määrää yhden geenin mutaatio.

Genomiset ja kromosomimutaatiot

Genomi- ja kromosomimutaatiot ovat kromosomisairauksien syitä. Genomimutaatioita ovat aneuploidia ja muutokset rakenteellisesti muuttumattomien kromosomien ploidiassa. Todettu sytogeneettisin menetelmin.

Aneuploidia- diploidisen joukon kromosomien lukumäärän muutos (väheneminen - monosomia, kasvu - trisomia), ei haploidisen kromosomien monikerta (2n + 1, 2n - 1 jne.).

Polyploidia- kromosomisarjojen lukumäärän kasvu, haploidin monikerta (3n, 4n, 5n jne.).

Ihmisillä polyploidia, kuten useimmat aneuploidiat, ovat tappavia mutaatioita.

Yleisimpiä genomisia mutaatioita ovat:

trisomia- kolmen homologisen kromosomin läsnäolo karyotyypissä (esimerkiksi 21. parille, Downin oireyhtymä, 18. parille Edwardsin oireyhtymälle, 13. parille Patau-oireyhtymälle; sukupuolikromosomit: XXX, XXY, XYY);

monosomia- vain toisen kahdesta homologisesta kromosomista läsnäolo. Monosomialla kaikille autosomeille normaalia kehitystä alkio ei ole mahdollista. Ainoa ihmisen monosomia, joka on yhteensopiva elämän kanssa - monosomia X-kromosomissa - johtaa (Shereshevsky-Turnerin oireyhtymään (45, X0).

Syynä aneuploidiaan on kromosomien hajoamattomuus solun jakautumisen aikana sukusolujen muodostumisen aikana tai kromosomien menetys anafaasin viiveen seurauksena, kun yksi homologisista kromosomeista voi jäädä jälkeen kaikista muista ei-homologisista kromosomista liikettä napaan. Termi "ei-hajautus" tarkoittaa kromosomien tai kromatidien erotuksen puuttumista meioosissa tai mitoosissa. Kromosomien menetys voi johtaa mosaiikkiin, jossa on yksi esim uploaded(normaali) solulinja ja muut monosominen.

Kromosomien epäyhtenäisyys havaitaan yleisimmin meioosin aikana. Kromosomit, jotka normaalisti jakautuvat meioosin aikana, pysyvät kiinnittyneinä ja siirtyvät anafaasissa solun yhteen napaan. Siten syntyy kaksi sukusolua, joista toisessa on ylimääräinen kromosomi ja toisessa ei ole tätä kromosomia. Kun sukusolu, jolla on normaali kromosomisarja, hedelmöitetään sukusolulla, jossa on ylimääräinen kromosomi, tapahtuu trisomia (eli solussa on kolme homologista kromosomia), kun sukusolu, jolla ei ole yhtä kromosomia, hedelmöitetään, syntyy tsygootti, jossa on monosomia. Jos monosomaalinen tsygootti muodostuu mihin tahansa autosomaaliseen (ei-sukupuoliseen) kromosomiin, organismin kehitys pysähtyy varhaisimmissa kehitysvaiheissa.

Kromosomimutaatiot- Nämä ovat yksittäisten kromosomien rakenteellisia muutoksia, jotka näkyvät yleensä valomikroskoopilla. Suuri määrä (kymmistä useisiin satoihin) geenejä liittyy kromosomimutaatioon, joka johtaa normaalin muutokseen. diploidi joukko. Vaikka kromosomipoikkeamat eivät yleensä muuta DNA-sekvenssiä tietyissä geeneissä, geenien kopiomäärän muuttaminen genomissa johtaa geneettiseen epätasapainoon, joka johtuu geneettisen materiaalin puutteesta tai ylimäärästä. On kaksi suuria ryhmiä kromosomaaliset mutaatiot: kromosomaaliset ja kromosomaaliset.

Intrakromosomaaliset mutaatiot ovat poikkeavuuksia yhden kromosomin sisällä. Nämä sisältävät:

—poistot(lat. deletio - tuhoaminen) - yhden kromosomin osan, sisäisen tai terminaalin, menetys. Tämä voi aiheuttaa embryogeneesin rikkoutumisen ja useiden kehityshäiriöiden muodostumisen (esimerkiksi jakautuminen viidennen kromosomin lyhyen käsivarren alueella, joka on merkitty 5p-, johtaa kurkunpään alikehittymiseen, sydänvaurioihin, viivästymiseen henkistä kehitystä). Tämä oireyhtymä tunnetaan "kissan itku" -oireyhtymänä, koska sairaiden lasten itku muistuttaa kurkunpään poikkeavuuksia;

—käännöksiä(lat. inversio - kääntäminen). Kahden kromosomin katkeamispisteen seurauksena tuloksena oleva fragmentti työnnetään alkuperäiselle paikalleen 180° kääntymisen jälkeen. Tämän seurauksena vain geenien järjestys rikotaan;

— päällekkäisyyksiä(Lat duplicatio - kaksinkertaistuminen) - minkä tahansa kromosomin osan kaksinkertaistuminen (tai moninkertaistuminen) (esimerkiksi trisomia yhdeksännen kromosomin lyhyessä haarassa aiheuttaa useita vikoja, mukaan lukien mikrokefalian, viivästyneen fyysisen, henkisen ja älyllisen kehityksen).

Kaavioita yleisimmistä kromosomipoikkeavuuksista:
Jako: 1 - terminaali; 2 - välimainos. Inversiot: 1 - perisentrinen (sentromeerin sieppaamisen kanssa); 2 - parakeskinen (yhdessä kromosomivarressa)

Interkromosomaaliset mutaatiot tai uudelleenjärjestelymutaatiot- fragmenttien vaihto ei-homologisten kromosomien välillä. Tällaisia ​​mutaatioita kutsutaan translokaatioiksi (latinan sanasta tgans - for, through + locus - place). Se:

Vastavuoroinen translokaatio, kun kaksi kromosomia vaihtavat fragmenttejaan;

Ei-vastavuoroinen translokaatio, kun yhden kromosomin fragmentti kuljetetaan toiseen;

- "keskinen" fuusio (Robertsonin translokaatio) - kahden akrosentrisen kromosomin yhdistäminen sentromeerien alueella lyhyiden käsivarsien menetyksellä.

Kun kromatidit murtuvat poikittaisesti sentromeerien läpi, "sisar"kromatideista tulee kahden eri kromosomin "peilivarsia", jotka sisältävät samat geenisarjat. Tällaisia ​​kromosomeja kutsutaan isokromosomeiksi. Sekä kromosomaaliset (deleetiot, inversiot ja päällekkäisyydet) että kromosomien väliset (translokaatiot) poikkeavuudet ja isokromosomit liittyvät kromosomien rakenteen fysikaalisiin muutoksiin, mukaan lukien mekaaniset katkokset.

Perinnöllinen patologia perinnöllisen vaihtelun seurauksena

Yleisten lajiominaisuuksien läsnäolo mahdollistaa kaikkien maan päällä olevien ihmisten yhdistämisen yhdeksi lajiksi. Homo sapiens. Siitä huolimatta voimme helposti yhdellä silmäyksellä erottaa joukosta tuntemamme henkilön kasvot. tuntemattomat. Ihmisten poikkeuksellinen monimuotoisuus sekä ryhmän sisällä (esimerkiksi monimuotoisuus etnisen ryhmän sisällä) että ryhmien välillä johtuu heidän geneettisistä eroistaan. Nykyään uskotaan, että kaikki spesifinen vaihtelevuus johtuu erilaisista genotyypeistä, joita syntyy ja joita ylläpitää luonnonvalinta.

Tiedetään, että ihmisen haploidinen genomi sisältää 3,3x109 paria nukleotiditähteitä, mikä mahdollistaa teoriassa jopa 6-10 miljoonan geenin. Kuitenkin tiedot nykyaikainen tutkimus osoittavat, että ihmisen genomi sisältää noin 30-40 tuhatta geeniä. Noin kolmanneksella kaikista geeneistä on useampi kuin yksi alleeli, eli ne ovat polymorfisia.

Perinnöllisen polymorfismin käsitteen muotoili E. Ford vuonna 1940 selittääkseen kahden tai useamman erillisen muodon olemassaolon populaatiossa, kun niistä harvinaisimpien esiintymistiheyttä ei voida selittää vain mutaatiotapahtumilla. Koska geenimutaatio on harvinainen tapahtuma (1x106), mutanttialleelin esiintymistiheys, joka on yli 1%, voidaan selittää vain sen asteittaisella kertymisellä populaatioon tämän mutaation kantajien selektiivisten etujen vuoksi.

Halkeilevien lokusten moninaisuus, alleelien moninaisuus niissä kaikissa yhdessä rekombinaatioilmiön kanssa luo ihmisen ehtymättömän geneettisen monimuotoisuuden. Laskelmat osoittavat, että koko ihmiskunnan historian aikana maapallolla ei ole ollut, ei ole eikä lähitulevaisuudessa tapahdu geneettistä toistoa, ts. jokainen syntynyt ihminen on ainutlaatuinen ilmiö universumissa. Geneettisen rakenteen ainutlaatuisuus määrää suurelta osin taudin kehittymisen ominaisuudet jokaisessa yksilössä.

Ihmiskunta on kehittynyt eristyneinä populaatioina, pitkä aika jotka elävät samoissa ympäristöolosuhteissa, mukaan lukien ilmastolliset ja maantieteelliset ominaisuudet, ruokavalio, taudinaiheuttajat, kulttuuriperinteet jne. Tämä johti kullekin niistä spesifisten normaalien alleelien yhdistelmien kiinnittymiseen populaatioon, jotka ovat sopivimmat ympäristöolosuhteet. Elinympäristön asteittaisen laajentumisen, intensiivisten muuttojen, kansojen uudelleensijoittamisen yhteydessä syntyy tilanteita, joissa tiettyjen normaalien geenien yhdistelmät, jotka ovat hyödyllisiä tietyissä olosuhteissa muissa olosuhteissa, eivät takaa joidenkin kehon järjestelmien optimaalista toimintaa. Tämä johtaa siihen, että osa perinnöllisistä vaihteluista, joka johtuu ei-patologisten ihmisen geenien epäsuotuisasta yhdistelmästä, tulee perustaksi ns. perinnölliseen taipumukseen liittyvien sairauksien kehittymiselle.

Lisäksi ihmisessä sosiaalisena olentona luonnonvalinta eteni ajan myötä yhä enemmän. erityisiä muotoja, joka myös laajensi perinnöllistä monimuotoisuutta. Se, mikä eläimissä voitiin lakaista sivuun, säilyi, tai päinvastoin, pelastetut eläimet katosivat. Siten C-vitamiinin tarpeiden täysi tyydyttäminen johti evoluutioprosessissa synteesiä katalysoivan L-gulonodaktonioksidaasigeenin menettämiseen. askorbiinihappo. Evoluutioprosessissa ihmiskunta sai myös ei-toivottuja merkkejä, jotka liittyvät suoraan patologiaan. Esimerkiksi ihmisillä evoluutioprosessissa ilmaantui geenejä, jotka määrittävät herkkyyden kurkkumätätoksiinille tai poliovirukselle.

Näin ollen ihmisillä, kuten muillakin biologisilla lajeilla, ei ole terävää rajaa perinnöllisen vaihtelun, joka johtaa ominaisuuksien normaaleihin vaihteluihin, ja perinnöllisen vaihtelun, joka aiheuttaa perinnöllisiä sairauksia, välillä. Ihminen, josta on tullut biologinen Homo sapiens -laji, ikään kuin olisi maksanut lajinsa "järkevyydestä" patologisten mutaatioiden kerääntymisellä. Tämä kanta on yksi lääketieteellisen genetiikan pääkäsityksistä patologisten mutaatioiden evoluutionaarisesta kertymisestä ihmispopulaatioihin.

Ihmispopulaatioiden perinnöllinen vaihtelevuus, sekä luonnollisen valinnan ylläpitämä että vähentämä, muodostaa niin sanotun geneettisen kuorman.

Jotkut patologiset mutaatiot voivat säilyä ja levitä populaatioissa historiallisen pitkän ajan aiheuttaen ns. segregaatiogeenin kuormituksen; muita patologisia mutaatioita syntyy jokaisessa sukupolvessa perinnöllisen rakenteen uusien muutosten seurauksena, mikä luo mutaatiokuorman.

Geneettisen kuormituksen negatiivinen vaikutus ilmenee lisääntyneenä kuolleisuutena (sukusolujen, tsygoottien, alkioiden ja lasten kuolema), hedelmällisyyden vähenemisenä (jälkeläisten lisääntymisen vähenemisenä), elinajanodotetuksen vähenemisenä, sosiaalisena sopeutumana ja vammaisuutena, ja se aiheuttaa myös lisääntyneen lääketieteellisen hoidon tarpeen. hoito.

Englantilainen geneetikko J. Hodden kiinnitti ensimmäisenä tutkijoiden huomion geneettisen kuorman olemassaoloon, vaikka itse termiä ehdotti G. Meller jo 40-luvun lopulla. Käsitteen "geneettinen lasti" merkitys liittyy korkea tutkinto geneettinen vaihtelu, joka tarvitaan biologisen lajin sopeutumiseen muuttuviin ympäristöolosuhteisiin.

DNA:ssa tapahtuvat spontaanisti muutokset, jotka aiheuttavat erilaisia ​​kehitys- ja kasvupatologioita elävissä organismeissa, puhuvat mutaatioista. Niiden olemuksen ymmärtämiseksi on tarpeen oppia lisää niihin johtavista syistä.

Geneetikot väittävät, että mutaatiot ovat ominaisia ​​kaikille planeetan eliöille poikkeuksetta (eläville) ja että ne ovat olleet olemassa ikuisesti, ja yhdessä organismissa niitä voi olla useita satoja. Ne eroavat kuitenkin ilmentymisen vakavuuden ja luonteen suhteen, mikä määrää niitä provosoivat tekijät sekä vaikuttavan geeniketjun.

Ne ovat luonnollisia ja keinotekoisia, ts. indusoitu laboratoriossa.

Suurin osa yhteisiä tekijöitä, jotka johtavat tällaisiin muutoksiin genetiikan näkökulmasta, ovat seuraavat:

ionisoivaa säteilyä ja röntgenkuvat. Kehoon vaikuttaminen säteilyä johon liittyy muutos atomien elektronien varauksessa. Tämä aiheuttaa epäonnistumisen fysikaalis-kemiallisten ja kemiallis-biologisten prosessien normaalissa kulussa;

erittäin korkea lämpötila aiheuttaa usein muutoksia, kun tietyn henkilön herkkyyskynnys ylittyy;

kun solut jakautuvat, voi esiintyä viivästyksiä sekä niiden liian nopeaa kasvua, josta tulee myös sysäys negatiivisille muutoksille;

DNA:ssa esiintyviä "vikoja", joissa atomia ei ole mahdollista palauttaa alkuperäiseen tilaan edes restauroinnin jälkeen.

Lajikkeet

Käytössä Tämä hetki Elävän organismin geenipoolissa ja genotyypissä tunnetaan yli kolmekymmentä tyyppiä mutaatioita aiheuttavia poikkeamia. Jotkut ovat melko turvallisia eivätkä näy ulkoisesti millään tavalla, ts. eivät aiheuta sisäisiä tai ulkoisia epämuodostumia, joten elävä organismi ei tunne epämukavuutta. Toisiin päinvastoin liittyy vakava epämukavuus.

Ymmärtääksesi, mitä mutaatiot ovat, sinun tulee tutustua mutageeniseen luokitukseen, joka on ryhmitelty vikoja aiheuttavien syiden mukaan:

geneettinen ja somaattinen, jotka eroavat muuttuneiden solujen typologiasta. Somaattinen on ominaista nisäkässoluille. Ne voivat tarttua yksinomaan perinnöllisesti (esimerkiksi eri silmien värillä). Sen muodostuminen tapahtuu äidin kohdussa. geneettinen mutaatio ominaisuus kasveille ja selkärangattomille. Se johtuu negatiivisista ympäristötekijöistä. Esimerkki ilmentymisestä on sienten esiintyminen puissa jne.;

ydin Termi "mutaatiot" viittaa muuttuneiden solujen sijainnin mutaatioihin. Sellaiset variantit eivät ole hoitokelpoisia, koska DNA itsessään vaikuttaa suoraan. Toinen mutaatiotyyppi on sytoplasminen (tai atavismi). Se vaikuttaa kaikkiin nesteisiin, jotka ovat vuorovaikutuksessa solun ytimen ja itse solujen kanssa. Tällaiset mutaatiot ovat parannettavissa;

eksplisiittinen (luonnollinen) ja indusoitu (keinotekoinen). Ensimmäisen ilmestyminen yhtäkkiä ja ilman näkyvät syyt. Jälkimmäiset liittyvät fysikaalisten tai kemiallisten prosessien epäonnistumiseen;

geneettinen ja genominen jotka eroavat ilmaisultaan. Ensimmäisessä variantissa muutokset liittyvät häiriöihin, jotka muuttavat nukleotidien rakentamisen sekvenssiä vasta muodostuneissa DNA-juosteissa (fenyyliketonuriaa voidaan pitää esimerkkinä).

Toisessa tapauksessa kvantitatiivisessa kromosomijoukossa on muutos ja Downin tauti, Konovalov-Wilsonin tauti jne.

Merkitys

Mutaatioiden haitta elimistölle on kiistaton, koska tämä ei vaikuta vain sen normaaliin kehitykseen, vaan johtaa usein kuolemaan. Mutaatioista ei voi olla hyötyä. Tämä koskee myös supervoimien ilmaantumista. Ne ovat aina edellytyksiä luonnonvalinta, johtavat uudentyyppisten organismien (elävien) syntymiseen tai täydelliseen sukupuuttoon.

Nyt on selvää, että prosessit, jotka vaikuttavat DNA:n rakenteeseen ja johtavat pieniin tai tappaviin rikkomuksiin, vaikuttavat organismin normaaliin kehitykseen ja elintärkeään toimintaan.

Lapsen syntymän odottaminen on vanhemmille ihaninta aikaa, mutta myös pelottavinta. Monet ovat huolissaan siitä, että vauva saattaa syntyä jonkinlaisen vamman, fyysisen tai henkisen vamman kanssa.

Tiede ei pysähdy paikallaan, on mahdollista tarkistaa vauvan kehityshäiriöt lyhyen raskauden aikana. Lähes kaikki nämä testit voivat osoittaa, onko kaikki hyvin lapsen kanssa.

Miksi tapahtuu niin, että samoille vanhemmille voi syntyä täysin erilaisia ​​lapsia? terve lapsi ja vammainen lapsi? Sen määräävät geenit. Alikehittyneen tai vammaisen lapsen syntymässä DNA-rakenteen muutokseen liittyvät geenimutaatiot vaikuttavat. Puhutaanpa tästä tarkemmin. Mieti, miten tämä tapahtuu, mitä geenimutaatiot ovat ja niiden syitä.

Mitä ovat mutaatiot?

Mutaatiot ovat fysiologisia ja biologisia muutoksia soluissa DNA:n rakenteessa. Syynä voi olla säteily (raskauden aikana et voi ottaa röntgenkuvaa vammojen ja murtumien vuoksi), ultraviolettisäteilyltä(pitkä altistuminen auringolle raskauden aikana tai huoneessa, jossa on UV-lamput päällä). Myös tällaiset mutaatiot voivat olla peritty esivanhemmilta. Kaikki ne on jaettu tyyppeihin.

Geenimutaatiot, joissa on muutos kromosomien rakenteessa tai niiden lukumäärässä

Nämä ovat mutaatioita, joissa kromosomien rakenne ja lukumäärä muuttuvat. Kromosomialueet voivat pudota tai kaksinkertaistua, siirtyä ei-homologiselle alueelle, kääntyä satakahdeksankymmentä astetta normaalista.

Syyt tällaisen mutaation esiintymiseen ovat ristiriidan rikkominen.

Geenimutaatiot liittyvät kromosomien rakenteen tai niiden lukumäärän muutokseen, ovat syynä vakavia häiriöitä ja lapsen sairaus. Tällaiset sairaudet ovat parantumattomia.

Kromosomimutaatioiden tyypit

Kaiken kaikkiaan erotetaan kahdenlaisia ​​​​peruskromosomimutaatioita: numeeriset ja rakenteelliset. Aneuploidiat ovat tyyppejä kromosomien lukumäärän mukaan, eli kun geenimutaatiot liittyvät kromosomien lukumäärän muutokseen. Tämä on ylimääräisten tai useiden jälkimmäisten ilmaantuminen, minkä tahansa niistä menettäminen.

Geenimutaatiot liittyvät rakenteen muutokseen siinä tapauksessa, että kromosomit rikkoutuvat ja sitten yhdistyvät uudelleen, mikä rikkoo normaalia konfiguraatiota.

Numeeristen kromosomien tyypit

Kromosomien lukumäärän mukaan mutaatiot jaetaan aneuploidiaksi eli lajeihin. Harkitse tärkeimpiä, selvitä ero.

• trisomia

Trisomia on ylimääräisen kromosomin esiintyminen karyotyypissä. Yleisin esiintyminen on 21. kromosomin ilmaantuminen. Siitä tulee Downin oireyhtymän tai, kuten tätä sairautta kutsutaan myös, 21. kromosomin trisomian syy.

Pataun oireyhtymä todetaan 13. ja 18. kromosomissa, jotka ovat kaikki autosomaalisia trisomioita. Muut trisomiat eivät ole elinkelpoisia, ne kuolevat kohdussa ja menetetään spontaaneissa aborteissa. Ne yksilöt, joilla on muita sukupuolikromosomeja (X, Y), ovat elinkelpoisia. Kliininen ilmentymä näitä mutaatioita on hyvin vähän.

Määrän muutokseen liittyviä geenimutaatioita esiintyy sen mukaan tietyistä syistä. Trisomia esiintyy useimmiten anafaasin eron aikana (meioosi 1). Tämän ristiriidan seurauksena molemmat kromosomit putoavat vain toiseen kahdesta tytärsolusta, toinen jää tyhjäksi.

Harvemmin voi esiintyä kromosomien hajaantumista. Tätä ilmiötä kutsutaan sisarkromatidien eron rikkomiseksi. Esiintyy meioosissa 2. Tämä on täsmälleen tilanne, kun kaksi täysin identtistä kromosomia asettuu yhteen sukusoluun aiheuttaen trisomisen tsygootin. Disjunktio tapahtuu sisään alkuvaiheessa hedelmöittyneen munan murskaaminen. Siten syntyy mutanttisolujen klooni, joka voi peittää suuremman tai pienemmän osan kudoksia. Joskus se ilmenee kliinisesti.

Monet yhdistävät 21. kromosomin raskaana olevan naisen ikään, mutta tämä tekijä on jopa tänään ei ole yksiselitteistä vahvistusta. Syyt, miksi kromosomit eivät erotu, jäävät tuntemattomiksi.

• monosomia

Monosomia on yhdenkään autosomin puuttuminen. Jos näin tapahtuu, useimmissa tapauksissa sikiötä ei voida kantaa, ennenaikainen synnytys tapahtuu varhaisessa vaiheessa. Poikkeuksena on 21. kromosomista johtuva monosomia. Syy monosomian esiintymiseen voi olla sekä kromosomien epäyhtenäisyys että kromosomin menetys sen matkan aikana anafaasissa soluun.

Sukupuolikromosomien kohdalla monosomia johtaa XO-karyotyypin sikiön muodostumiseen. Tällaisen karyotyypin kliininen ilmentymä on Turnerin oireyhtymä. Kahdeksassakymmenessä prosentissa tapauksista sadasta monosomian esiintyminen X-kromosomissa johtuu lapsen isän meioosin rikkomisesta. Tämä johtuu X- ja Y-kromosomien epäyhtenäisyydestä. Periaatteessa sikiö, jolla on XO-karyotyyppi, kuolee kohdussa.

Sukupuolikromosomien mukaan trisomia jaetaan kolmeen tyyppiin: 47 XXY, 47 XXX, 47 XYY. on trisomia 47XXY. Tällaisella karyotyypillä mahdollisuudet lapsen kantamiseen jakautuvat viidestäkymmenestä viiteenkymmeneen. Tämän oireyhtymän syy voi olla X-kromosomien epäsuhtautuminen tai spermatogeneesin X- ja Y-kromosomien erottamattomuus. Toinen ja kolmas karyotyyppi voivat esiintyä vain yhdellä tuhannesta raskaana olevasta naisesta, ne eivät käytännössä ilmene ja useimmissa tapauksissa asiantuntijat havaitsevat ne vahingossa.

• polyploidia

Nämä ovat geenimutaatioita, jotka liittyvät muutokseen haploidisessa kromosomisarjassa. Nämä sarjat voidaan kolmin- tai nelinkertaistaa. Triploidia diagnosoidaan useimmiten vasta, kun on tapahtunut spontaani abortti. Oli useita tapauksia, joissa äiti onnistui synnyttämään tällaisen vauvan, mutta he kaikki kuolivat ennen saapumistaan ​​ja kuukauden vanha. Geenimutaatioiden mekanismit triplodioiden tapauksessa määräytyvät joko naaras- tai miessukusolujen kaikkien kromosomisarjojen täydellisen poikkeamisen ja ei-divergenssin perusteella. Myös yhden munan kaksinkertainen hedelmöitys voi toimia mekanismina. Tässä tapauksessa istukka rappeutuu. Tällaista uudestisyntymistä kutsutaan kystiseksi luistoksi. Yleensä tällaiset muutokset johtavat henkisten ja fysiologisten häiriöiden kehittymiseen vauvassa, raskauden keskeytykseen.

Mitkä geenimutaatiot liittyvät kromosomien rakenteen muutokseen

Kromosomien rakenteelliset muutokset ovat seurausta kromosomin repeämisestä (tuhoutumisesta). Tämän seurauksena nämä kromosomit ovat yhteydessä toisiinsa, mikä rikkoo niiden entisen ulkonäön. Nämä muutokset voivat olla epätasapainoisia ja tasapainotettuja. Tasapainoisissa ei ole materiaalin ylimäärää tai puutetta, joten niitä ei näy. Ne voivat ilmaantua vain, jos kromosomin tuhoutumispaikassa oli toiminnallisesti tärkeä geeni. Tasapainoisessa sarjassa voi olla epätasapainoisia sukusoluja. Seurauksena on, että munan hedelmöittäminen tällaisella sukusolulla voi aiheuttaa sikiön, jolla on epätasapainoinen kromosomisarja. Tällaisella sarjalla sikiöön kehittyy useita epämuodostumia, esiintyy vakavia patologiatyyppejä.

Rakenteellisten muutosten tyypit

Geenimutaatiot tapahtuvat sukusolujen muodostumisen tasolla. Tätä prosessia on mahdotonta estää, kuten on mahdotonta tietää varmasti, että se voi tapahtua. Rakenteellisia muutoksia on useita.

• poistot

Tämä muutos liittyy kromosomin osan menettämiseen. Tällaisen tauon jälkeen kromosomi lyhenee ja sen irrotettu osa katoaa solunjakautumisen yhteydessä. Interstitiaaliset deleetiot ovat tapauksia, joissa yksi kromosomi katkeaa useista kohdista kerralla. Tällaiset kromosomit luovat yleensä elinkelvottoman sikiön. Mutta on myös tapauksia, joissa vauvat selvisivät, mutta tällaisen kromosomijoukon vuoksi heillä oli Wolf-Hirshhornin oireyhtymä, "kissan itku".

• päällekkäisyyksiä

Nämä geenimutaatiot tapahtuvat kaksinkertaisten DNA-osien järjestäytymistasolla. Periaatteessa päällekkäisyys ei voi aiheuttaa sellaisia ​​patologioita, jotka aiheuttavat deleetioita.

• translokaatiot

Translokaatio johtuu geneettisen materiaalin siirtymisestä kromosomista toiseen. Jos katkeaminen tapahtuu samanaikaisesti useissa kromosomeissa ja ne vaihtavat segmenttejä, tämä aiheuttaa vastavuoroisen translokaation. Tällaisen translokaation karyotyypissä on vain neljäkymmentäkuusi kromosomia. Itse translokaatio havaitaan vain kromosomin yksityiskohtaisella analyysillä ja tutkimuksella.

Nukleotidisekvenssin muuttaminen

Geenimutaatiot liittyvät muutokseen nukleotidisekvenssissä, kun ne ilmentyvät tiettyjen DNA-osien rakenteiden modifikaatiossa. Seurausten mukaan tällaiset mutaatiot jaetaan kahteen tyyppiin - ilman kehyssiirtoa ja siirrolla. Jotta tiedät tarkalleen DNA-osien muutosten syyt, sinun on harkittava jokaista tyyppiä erikseen.

Mutaatio ilman kehyssiirtoa

Nämä geenimutaatiot liittyvät DNA-rakenteessa olevien nukleotidiparien muutokseen ja korvautumiseen. Tällaisilla substituutioilla DNA:n pituus ei menetä, mutta aminohappoja voidaan menettää ja korvata. On mahdollista, että proteiinin rakenne säilyy, tämä palvelee Tarkastellaanpa yksityiskohtaisesti molempia kehitysvariantteja: aminohappojen korvaamisen kanssa ja ilman.

Aminohapposubstituutiomutaatio

Polypeptidien aminohappotähteiden muutoksia kutsutaan missense-mutaatioiksi. Ihmisen hemoglobiinimolekyylissä on neljä ketjua - kaksi "a" (se sijaitsee kuudennessatoista kromosomissa) ja kaksi "b" (koodaa yhdennentoista kromosomin). Jos "b" - ketju on normaali ja se sisältää sataneljäkymmentäkuusi aminohappotähdettä ja kuudes on glutamiini, niin hemoglobiini on normaali. Tässä tapauksessa glutamiinihapon täytyy olla GAA-tripletin koodaama. Jos mutaation vuoksi GAA korvataan GTA:lla, niin glutamiinihapon sijasta hemoglobiinimolekyylissä muodostuu valiinia. Siten sen sijaan normaali hemoglobiini HbA näyttää toisen hemoglobiinin HbS. Siten yhden aminohapon ja yhden nukleotidin korvaaminen aiheuttaa vakavan vakavan sairauden - sirppisoluanemian.

Tämä sairaus ilmenee siitä, että punasolut muuttuvat sirpin muotoisiksi. Tässä muodossa ne eivät pysty toimittamaan happea normaalisti. Jos homotsygootilla on solutasolla HbS/HbS-kaava, tämä johtaa lapsen kuolemaan varhaislapsuus. Jos kaava on HbA / HbS, erytrosyyteillä on heikko muutosmuoto. Tällaisella pienellä muutoksella on hyödyllinen ominaisuus - elimistön vastustuskyky malarialle. Niissä maissa, joissa on sama vaara saada malaria kuin Siperiassa vilustumisen vuoksi, tällä muutoksella on suotuisa laatu.

Mutaatio ilman aminohapposubstituutiota

Nukleotidisubstituutioita ilman aminohappovaihtoa kutsutaan Seimsense-mutaatioiksi. Jos GAA korvataan GAG:lla "b"-ketjua koodaavalla DNA-alueella, glutamiinihapon korvaamista ei voi tapahtua, koska sitä on ylimäärä. Ketjun rakennetta ei muuteta, punasoluissa ei tapahdu muutoksia.

Frameshift-mutaatiot

Tällaiset geenimutaatiot liittyvät DNA:n pituuden muutokseen. Pituus voi olla lyhyempi tai pidempi riippuen nukleotidiparien katoamisesta tai lisääntymisestä. Siten koko proteiinin rakenne muuttuu täysin.

Intragenous suppressiota voi esiintyä. Tämä ilmiö ilmenee, kun kahdelle mutaatiolle on tilaa kumota toisensa. Tämä on hetki, jolloin nukleotidipari lisätään sen jälkeen, kun yksi on menetetty, ja päinvastoin.

Tyhmiä mutaatioita

se erikoisryhmä mutaatioita. Sitä esiintyy harvoin, sen tapauksessa stop-kodonien ilmaantumista. Tämä voi tapahtua sekä nukleotidiparien katoamisen että niiden lisäämisen yhteydessä. Kun lopetuskodonit ilmestyvät, polypeptidisynteesi pysähtyy kokonaan. Tämä voi luoda nollaalleeleja. Mikään proteiineista ei sovi tähän.

On olemassa sellainen asia kuin intergeeninen tukahduttaminen. Tämä on sellainen ilmiö, kun joidenkin geenien mutaatio tukahduttaa mutaatiot toisissa.

Onko muutoksia raskauden aikana?

Kromosomien lukumäärän muutokseen liittyvät geenimutaatiot voidaan useimmissa tapauksissa tunnistaa. Seulonta määrätään raskauden ensimmäisinä viikkoina (kymmenestä kolmeentoista viikkoon) sen selvittämiseksi, onko sikiöllä epämuodostumia ja patologioita. Tämä on sarja yksinkertaisia ​​tutkimuksia: verinäytteenotto sormesta ja suonesta, ultraääni. Ultraäänellä sikiö tutkitaan kaikkien raajojen, nenän ja pään parametrien mukaisesti. Nämä parametrit, joilla on voimakas ero normien kanssa, osoittavat, että vauvalla on kehityshäiriöitä. Tämä diagnoosi vahvistetaan tai kumotaan verikokeen tulosten perusteella.

Lääkäreiden tiiviissä valvonnassa ovat myös tulevat äidit, joiden vauvoihin saattaa kehittyä geenitasolla mutaatioita, jotka ovat periytyviä. Eli nämä ovat niitä naisia, joiden sukulaisissa on ollut tapauksia, joissa lapsi syntyi henkisesti tai fyysiset vammat tunnistettu Downin oireyhtymä, Patau ja muut geneettiset sairaudet.

Mutaatioita, jotka syntyvät erityisten vaikutusten - ionisoivan säteilyn, kemikaalien, lämpötilatekijöiden jne. - vaikutuksesta kutsutaan indusoiduiksi, spontaaneja mutaatioita puolestaan ​​kutsutaan "ilman tahallista altistusta, ympäristötekijöiden vaikutuksesta tai biokemiallisten ja fysiologiset muutokset kehossa.

Termin "mutaatio" otti käyttöön vuonna 1901 G. de Vries, joka kuvaili spontaaneja mutaatioita yhdessä kasvilajissa.Yhden lajin eri geenit mutatoituvat eri taajuuksilla, mutaatioiden ja samanlaisten geenien esiintymistiheys eri genotyypeissä ei ole sama . Nukkumistaajuus. geenimutaatiot ovat pieniä ja ovat yleensä muutamia, harvemmin kymmeniä ja hyvin harvoin satoja tapauksia miljoonaa sukusolua kohden (maissilla eri geenien spontaanin mutaatioiden esiintymistiheys vaihtelee välillä 0-492 per 106 sukusolua).

Mutaatioluokitus. Organismin geneettisessä laitteessa tapahtuvien muutosten luonteesta riippuen mutaatiot jaetaan geeniin (piste), kromosomaalisiin ja genomiin.

Geenimutaatiot. Geenimutaatiot muodostavat tärkeimmän ja suurimman osan mutaatioista. He edustavat pysyvä muutos yksittäisiä geenejä ja syntyvät sen seurauksena, että DNA-rakenteessa yksi tai useampi typpipitoinen emäs korvataan toisilla, poistuu tai lisätään uusia emäksiä, mikä johtaa tiedon lukujärjestyksen rikkomiseen, minkä seurauksena proteiinissa tapahtuu muutos synteesi, mikä puolestaan ​​aiheuttaa uusien tai muuttuneiden ominaisuuksien ilmaantumisen . Geenimutaatiot aiheuttavat ominaisuuden muutoksen eri suuntiin, mikä johtaa vahvoihin tai heikkoihin muutoksiin morfologisissa, biokemiallisissa ja fysiologisissa ominaisuuksissa.

Esimerkiksi bakteereissa geenimutaatiot vaikuttavat useimmiten ominaisuuksiin, kuten muotoon ja muotoon. pesäkkeiden väri, niiden jakautumisnopeus, kyky fermentoida erilaisia ​​sokereita, vastustuskyky antibiooteille, sulfonamideille ja muille lääkkeet, reaktio lämpötilan vaikutuksiin, alttius bakteriofagien aiheuttamille infektioille, useita biokemiallisia merkkejä.

Yksi geenimutaatiotyyppi on moninkertainen alleelismi, jossa ei ole yhden geenin kahta muotoa (dominoiva ja resessiivinen), vaan koko sarja tämän geenin mutaatioita, jotka aiheuttavat erilaisia ​​muutoksia geenin hallitsema ominaisuus. Esimerkiksi Drosophilassa tunnetaan 12 alleelin sarja, joka syntyy mutaatioista samassa geenissä, joka määrää silmien värin. Sarja useita alleeleja ovat geenejä, jotka määrittävät kanin turkin värin, eron veriryhmissä klo henkilö ja muut.

Kromosomimutaatiot. Tämän tyyppiset mutaatiot, joita kutsutaan myös kromosomien uudelleenjärjestelyiksi tai poikkeavuuksiksi, johtuvat merkittävistä muutoksista kromosomien rakenteessa. Kromosomien uudelleenjärjestelyjen esiintymismekanismi on mutageenisen vaikutuksen aikana muodostuneiden kromosomien katkeaminen, sitä seuraava joidenkin fragmenttien häviäminen ja kromosomin jäljellä olevien osien yhdistyminen eri järjestyksessä kuin normaali kromosomi. Kromosomien uudelleenjärjestelyt voidaan havaita valomikroskoopilla. Tärkeimmät ovat: puutteet, jakautuminen, päällekkäisyydet, inversiot, translokaatiot ja transponoinnit.

pulaa kutsutaan kromosomien uudelleenjärjestelyksi terminaalisen fragmentin katoamisen vuoksi. Tässä tapauksessa kromosomi lyhenee, menettää osan kadonneen fragmentin sisältämistä geeneistä. Menetetty kromosomin osa poistetaan ytimestä meioosin aikana,

poisto - myös kromosomin osan menetys, mutta ei loppuosa, vaan sen keskiosa. Jos kadonnut kohta on hyvin pieni eikä sisällä geenejä, jotka vaikuttavat suuresti organismin elinkykyyn, deleetio aiheuttaa vain muutoksen fenotyypissä, joissakin tapauksissa se voi aiheuttaa kuoleman tai vakavan perinnöllinen patologia. Deleetiot havaitaan helposti mikroskooppisella tutkimuksella, koska meioosissa konjugaation aikana normaalin kromosomin osa, jossa ei ole homologista kohtaa deleetiolla varustetussa kromosomissa, muodostaa tunnusomaisen silmukan (kuva 89).

klo päällekkäisyyksiä tapahtuu kromosomin osan päällekkäisyyttä. Tarkoittaa ehdollisesti minkä tahansa kromosomin osien sekvenssiä ABC, päällekkäisyydellä voimme havaita näiden osien seuraavan järjestelyn: AAVS, AVVS tai ABCC. Kun kopioimme koko valitsemamme alueen, se näyttää tältä ABSABC, eli kokonainen geenilohko monistuu. Sama osio voidaan toistaa useita kertoja (ABBVS tai ABSASABC), kaksinkertaistuminen ei vain viereisissä, vaan myös saman kromosomin kauempana olevissa osissa. Esimerkiksi Drosophilassa kuvataan yhden kromosomien osan kahdeksankertainen toisto. Ylimääräisten geenien lisääminen vaikuttaa kehoon vähemmän kuin niiden menetys, joten päällekkäisyydet vaikuttavat fenotyyppiin vähemmän kuin puutteet ja deleetiot.

klo käännöksiä geenien järjestys kromosomissa muuttuu. Inversiot tapahtuvat kahden kromosomikatkon seurauksena, mistä aiheutuu

fragmentti, on rakennettu alkuperäiselle paikalleen, joka on aiemmin käännetty 180 °. Kaavamaisesti inversio voidaan esittää seuraavasti. genomia kantavan kromosomin alueella ABCDEFG, geenien välillä tapahtuu taukoja MUTTA ja B, E ja F; tuloksena oleva fragmentti BCDE kääntyy ympäri ja napsahtaa takaisin paikoilleen. Tämän seurauksena tarkasteltavalla osalla on rakenne AEDCBFG. Geenien määrä ei muutu inversioiden aikana, joten niillä on vain vähän vaikutusta organismin fenotyyppiin. Sytologisesti inversiot havaitaan helposti niiden ominaisen sijainnin perusteella meioosissa homologisten kromosomien konjugaatiohetkellä.

Translokaatiot liittyy paikkojen vaihtoon ei-homologisten kromosomien välillä tai yhden kromosomin paikan kiinnittymiseen ei-homologisen parin kromosomiin. Translokaatiot tunnistetaan niiden aiheuttamien geneettisten seurausten perusteella.

osaksi kansallista lainsäädäntöä jota kutsutaan äskettäin havaituksi ilmiöksi, jossa useita geenejä sisältävän kromosomin pieni fragmentti insertoidaan johonkin muuhun kromosomin osaan, eli osa geeneistä siirretään toiseen paikkaan genomissa. Transpositiossa esiintymisen mekanismia ymmärretään edelleen huonosti, mutta on näyttöä siitä, että se eroaa muiden kromosomien uudelleenjärjestelyjen mekanismista.

Genomiset mutaatiot. Polyploidia. Jokaisella olemassa olevalla elävien organismien lajilla on tyypillinen kromosomisarja. Sen lukumäärä on vakio, kaikki joukon kromosomit ovat erilaisia ​​ja esitetään kerran. Tällaista pääasiallista haploidista kromosomien sarjaa organismin sukusoluissaan on merkitty symbolilla X; somaattiset solut sisältävät tavallisesti kaksi haploidi setti (2x) ja ovat diploidisia. Jos mitoosin aikana kaksinkertaistuneen diploidisen organismin kromosomit eivät hajoa kahdeksi tytärsoluksi ja pysyvät samassa ytimessä, syntyy kromosomien lukumäärän moninkertaisen lisääntymisen ilmiö, jota kutsutaan polyploidiaksi.

Autopolyploidia. Polyploidisilla muodoilla voi olla 3 pääsarjaa kromosomeja (triploidi), 4 (tetraploidi), 5 (pentaploidi), 6 (heksaploidi) tai useampia kromosomijoukkoja. Polyploideja, joissa on useita saman peruskromosomien toistoja, kutsutaan autopolyploideiksi. Nousta autopolyploidit joko kromosomien jakautumisen seurauksena ilman myöhempää solunjakautumista tai osallistumalla sukusolujen hedelmöitykseen, kun kromosomimäärä ei ole vähentynyt, tai somaattisten solujen tai niiden tumien fuusioitumisena. Kokeessa polyploidisaation vaikutus saavutetaan lämpötilashokkien vaikutuksella (korkea tai matala lämpötila) tai altistuminen useille kemikaaleille, joista tehokkaimpia ovat alkaloidi kolkisiini, asenafteeni ja lääkkeet. Molemmissa tapauksissa tapahtuu mitoottisen karan salpaus ja sen seurauksena mitoosin aikana kaksinkertaistuneet kromosomit eivät erotu kahdeksi uudeksi soluksi ja yhdistävät ne yhdeksi ytimeksi.

polyploidisarja. Kromosomien perusmäärä X klo erilaisia kasvit ovat erilaisia, mutta samassa suvussa lajeilla on usein useita kromosomeja, jotka ovat monikertaisia X, muodostavat niin sanotun polyploidisen sarjan. Esimerkiksi vehnässä missä X= 7, tunnetaan lajeja, joissa on 2x, 4x ja 6x kromosomeja. Ruusulla, jossa kantaluku on myös 7, on polyploidisarja, eri tyyppejä jotka sisältävät 2x, 3 x, 4 x, 5x, 6x, 8x. Perunoiden polyploidista sarjaa edustavat lajit, joissa on 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 108 ja 144 kromosomia (x = 12).

Autopolyploidia on yleistä pääasiassa kasveissa, koska eläimissä se aiheuttaa häiriön kromosomaalisen sukupuolen määritysmekanismissa.

leviäminen luonnossa. Laajemman reaktionopeudensa ansiosta polyploidiset kasvit sopeutuvat helpommin epäsuotuisiin ympäristöolosuhteisiin, sietävät helpommin lämpötilan vaihteluita ja kuivuutta, mikä antaa etuja korkean vuoriston ja pohjoisten alueiden asettumisessa. Joten pohjoisilla leveysasteilla ne ovat jopa 80 % kaikista siellä yleisistä tyypeistä. Polyploidisten lajien määrä muuttuu jyrkästi siirtyessään Pamirin vuoristoalueilta poikkeuksellisen ankarista ilmasto-olosuhteista Altain ja Kaukasuksen alppiniityjen suotuisampiin olosuhteisiin. Tutkituista viljoista polyploidisten lajien osuus Pamirissa on 90%, Altai - 72%, Kaukasuksella - vain 50%.

Biologian ja genetiikan piirteet. Polyploidisille kasveille on ominaista solukoon kasvu, jonka seurauksena kaikki niiden elimet - lehdet, varret, kukat, hedelmät, juurikasvit - ovat suurempia. Polyploideissa risteyttämisen aikana tapahtuvan kromosomien segregaatiomekanismin erityispiirteiden vuoksi, jakautuminen fenotyypin mukaan sisään F 2 on 35:1.

Kaukohybridisaation ja sitä seuranneen kromosomien lukumäärän kaksinkertaistumisen seurauksena hybridit kehittävät polyploidisia muotoja, jotka sisältävät kaksi tai useampia eri kromosomisarjojen toistoa ja ns. allopolyploidit.

Joissakin tapauksissa polyploidisten kasvien hedelmällisyys on heikentynyt, mikä liittyy niiden alkuperään ja meioosin ominaisuuksiin. Polyploideissa, joissa on parillinen määrä genomeja, homologiset kromosomit konjugoituvat meioosin aikana useammin pareittain tai useammin yhdessä häiritsemättä meioosin kulkua. Jos yksi tai useampi kromosomi ei löydä itselleen paria meioosissa eivätkä osallistu konjugaatioon, muodostuu sukusoluja, joissa on epätasapainoinen kromosomimäärä, mikä johtaa niiden kuolemaan ja polyploidien hedelmällisyyden jyrkäseen laskuun. Vielä suurempia häiriöitä esiintyy meioosissa polyploideissa, joissa on pariton määrä joukkoja. Kahden lajin hybridisoitumisen aikana syntyneissä allopolyploideissa, joissa on kaksi emogenomia, jokainen kromosomi löytää kumppanin lajinsa kromosomien joukosta, ja polyploidialla on tärkeä rooli kasvien evoluutiossa ja sitä käytetään jalostuksessa.