Šokantne ljudske mutacije. Genske mutacije prisutne su u svakoj osobi. Ljudske genetske mutacije

Kada čujete riječ "mutacija", u mislima vam se pojave ili strašne slike dvoglavih koza ili fantastična super-bića iz filma "X-Men". Međutim, u stvarnosti nema ničeg neobičnog u mutacijama. Nije pretjerano reći da smo svi mi mutanti. Pitanje je samo koliki postotak mutiranih gena sadrži naš DNK.

Prvi pokušaj izračuna brzine mutacije ljudskog genoma napravio je 1935. godine jedan od očeva moderne genetike, Englez John Haldane. Dok je ispitivao čovjeka s hemofilijom, zaključio je da samo u jednom od 50 000 slučajeva mutacija gena uzrokuje hemofiliju. To odgovara mutaciji u jednom od 25 milijuna nukleotida genoma. Nakon Haldanea, pokušali su utvrditi brzinu mutacije usporedbom DNK ljudi i čimpanza, ali, naravno, točni podaci nisu dobiveni.

No, mogućnosti suvremene genetike omogućuju dobivanje točnih podataka o stopi mutacija – njih u radu iznosi međunarodna skupina od 16 znanstvenika, objavljeno u Current Biology. Pokazali su da približni podaci do kojih je Haldane došao prije 70 godina nisu tako daleko od stvarnosti.

Svaka osoba nosi jednu mutaciju na svakih 15-30 milijuna nukleotida.

Kako bi izračunali stopu mutacija, autori rada proučavali su fragment DNK dvojice muškaraca iz kineskog sela, čiji su preci živjeli u istoj regiji nekoliko stotina godina. Zajednički predak ovih ljudi od njih dijeli 13 generacija i živio je prije oko 200 godina. Za čistoću eksperimenta znanstvenici su ispitali fragment muškog Y kromosoma. Sastoji se od 10 149 085 parova nukleotida i prenosi se s oca na sina nepromijenjen (Y kromosom je odsutan kod žena). Koristeći suvremene metode dekodiranja genoma, znanstvenici su otkrili da je 10.149.073 para nukleotida kod muškaraca nerazlučivo, odnosno lokalizirano je ukupno 12 mutacija. Osam od njih, daljnjim proučavanjem, pokazalo se da je nastalo u stanicama odrasle osobe kao rezultat njihove vitalne aktivnosti, a četiri su se pokazale kao prave mutacije koje su nastale zbog "pogreške" tijekom prijenosa genetskog materijala iz otac sinu.

Uzimajući ove podatke kao prosjeke za cijeli genom i preračunavajući ih na ukupan broj gena (cijeli genom sadrži više od tri milijarde nukleotida) i 13 generacija koje razdvajaju muškarce,

Znanstvenici su izračunali brzinu kojom se pojavljuju mutacije u ljudskom genomu: 100-200 mutacija po generaciji.

Većina tih mutacija je bezopasna i, u principu, nije vidljiva za osobu, za njegovo tijelo i zdravlje. Međutim, u rijetkim slučajevima, mutacije mogu ili dovesti do urođenih teških bolesti - na primjer, raka ili dijabetesa, ili unijeti "poboljšanja" u tijelo, čineći ga otpornijim.

Zanimanje za pojavu mutacija i njihove stope rasta nipošto nije prazno. Njihova glavna uloga nije pojava neizlječive bolesti kod bilo koje osobe. Mutacije su neophodan materijal za kretanje evolucije. Oni osiguravaju genetsku raznolikost koja omogućuje živom svijetu da ide naprijed. Naravno, nemoguće je pratiti evoluciju u jednoj ili dvije generacije, ali mutacije su te koje dovode do promjene u genomu, koja, ako je korisna za organizam, povećava njegovu otpornost. Ako je mutacija korisna, onda su nositelji takvog mutantnog gena ti koji preživljavaju generaciju za generacijom, na kraju se međusobno križaju, a mutacija postaje uspostavljena kao sustavna promjena.

Stoga proučavanje brzine i mehanizma mutacija može omogućiti da se lanac evolucije razmrsi od kraja, poput klupka, i razjasne "prazne mrlje" u povijesti nastanka vrsta.

Znanost kaže da je mutacija kada se pogreška uvuče u stabilni DNK kod i rodi se živo biće koje je malo drugačije od onoga što je prvobitno zamišljeno. Pitanje je samo što će se točno mijenjati. Nije to nužno treća ruka, npr. kod pojedinih nacionalnosti postoji stabilan genotip za crnu kosu, a onda se odjednom rodi crvenokoso dijete – mutacija! Nažalost ili na sreću, najljepše mutacije iz nekog su razloga izuzetno loše fiksirane i stoga su vrlo rijetke.

distihijaza

Prevedeno sa znanstvenog - drugi red trepavica, koji ne bi trebao biti tamo. Ova se mutacija javlja i kod ljudi i kod životinja, a kod potonjih uzrokuje probleme jer se dlačice mogu zabiti u oko. A distihijaza može samo koristiti ljudskoj anatomiji - pogledajte ekspresivan pogled Elizabeth Taylor, nositeljice ove mutacije, i sve će vam biti jasno.

Heterokromija

Tada zbog poremećaja u hormonskom koktelu šarenica očiju dobiva različitu količinu pigmenta, zbog čega jedno oko postaje tamno, smeđe, a drugo svijetlo - zeleno ili plavo. Izgleda neobično, pa čak i privlačno, ali samo ako je heterokromija kongenitalna, zbog mutacije. Ali ako je tijelo već formirano i oči odjednom počnu mijenjati boju, to je veliki problem, znak niza opasnih bolesti.

Jarko crvena kosa

Nisu stari uzalud smislili svakakve izreke o crvenokosima, sada znamo da su svi mutanti! Točnije, na 16. kromosomu gena MC1R pojavljuju se dva recesivna alela koja mijenjaju boju kose u "krivu" crvenu. Iako su zapravo promjene puno dublje i uključuju nedostatak melanina.

Pjege

Isti kvar u genu MC1R odgovoran je za pojavu pjega, ali ova je pojava izuzetno rijetka i čini 1-2% cjelokupne populacije planeta. Drevno praznovjerje da pjegice "spaljuju" sunčeve zrake djelomično je točno. Riječ je o istom pigmentu melaninu koji je odgovoran za boju kože i kose, ali njegova koncentracija ovisi o izloženosti tijela sunčevom zračenju. U skladu s tim, kada djeca počnu trčati po suncu, pjege se pojavljuju vrlo aktivno.

Zelene oči, plave oči

Prije otprilike 10.000 godina dogodila se velika i ozbiljna mutacija u DNK naših predaka – došlo je do kvara gena HERC2. Vjeruje se da se očitovala kod drevnog čovjeka koji je ostavio vrlo veliko potomstvo, pa je sada mutacija prilično česta; 40% bijele rase ima plave oči. Ali njegova varijanta, mutacija sa zelenim očima, javlja se kod samo 2% ljudi. U oba slučaja radi se o melaninu u šarenici, dakle najrjeđoj, a ujedno i zapanjujućoj kombinaciji: crvenokosa, zelenooka ljepotica s pjegicama. Dobro poznata slika vještice, djevojke koja nije od ovoga svijeta, zar ne?

Čovječanstvo se suočava s ogromnim brojem pitanja, od kojih mnoga još uvijek ostaju bez odgovora. A oni koji su najbliži osobi povezani su s njegovom fiziologijom. Stalna promjena nasljednih svojstava organizma pod utjecajem vanjskog i unutarnjeg okruženja je mutacija. Ovaj faktor također je važan dio prirodne selekcije, jer je izvor prirodne varijabilnosti.

Vrlo često uzgajivači pribjegavaju mutirajućim organizmima. Znanost mutacije dijeli na nekoliko vrsta: genomske, kromosomske i genetske.

Genetska je najčešća i s njom se najčešće susrećemo. Sastoji se u promjeni primarne strukture, a time i aminokiselina koje se čitaju s mRNA. Potonji su raspoređeni komplementarno jednom od lanaca DNA (biosinteza proteina: transkripcija i translacija).

Naziv mutacije u početku je imao nagle promjene. Ali moderne ideje o ovom fenomenu razvile su se tek u 20. stoljeću. Sam pojam "mutacija" uveo je 1901. godine Hugo De Vries, nizozemski botaničar i genetičar, znanstvenik čije je znanje i opažanja otkrilo Mendelove zakone. On je bio taj koji je formulirao moderni koncept mutacije, a također je razvio teoriju mutacije, ali otprilike u istom razdoblju formulirao ju je naš sunarodnjak Sergej Koržinski 1899. godine.

Problem mutacija u modernoj genetici

Ali moderni znanstvenici dali su pojašnjenja u vezi sa svakom točkom teorije.
Kako se pokazalo, postoje posebne promjene koje se nakupljaju tijekom generacija. Također je postalo poznato da postoje mutacije lica, koje se sastoje u blagom izobličenju izvornog proizvoda. Odredba o ponovnoj pojavi novih bioloških svojstava odnosi se isključivo na mutacije gena.

Važno je razumjeti da određivanje toga koliko je štetan ili koristan uvelike ovisi o genotipskom okruženju. Mnogi čimbenici okoliša mogu poremetiti poredak gena, strogo uspostavljen proces njihove samoreprodukcije.

U procesu prirodne selekcije čovjek je stekao ne samo korisna svojstva, nego i ne najpovoljnija vezana uz bolesti. A ljudska vrsta ono što dobiva od prirode plaća gomilanjem patoloških simptoma.

Uzroci genskih mutacija

Mutageni čimbenici. Većina mutacija ima štetan učinak na tijelo, narušavajući osobine regulirane prirodnom selekcijom. Svaki organizam je predisponiran za mutacije, ali pod utjecajem mutagenih čimbenika njihov broj naglo raste. Ti čimbenici uključuju: ionizirajuće, ultraljubičasto zračenje, povišenu temperaturu, mnoge kemijske spojeve, kao i viruse.

Antimutageni čimbenici, odnosno čimbenici zaštite nasljednog aparata, mogu sigurno uključiti degeneraciju genetskog koda, uklanjanje nepotrebnih dijelova koji ne nose genetsku informaciju (introna), kao i dvostruki lanac molekule DNA.

Klasifikacija mutacija

1. Dupliciranje. U ovom slučaju, kopiranje se događa od jednog nukleotida u lancu do fragmenta lanca DNK i samih gena.
2. Brisanje. U tom slučaju gubi se dio genetskog materijala.
3. Inverzija. Ovom se promjenom određeno područje rotira za 180 stupnjeva.
4. Umetanje. Opaža se umetanje jednog nukleotida u dijelove DNK i gen.

U suvremenom svijetu sve se više susrećemo s pojavom promjena u različitim znakovima kako kod životinja tako i kod ljudi. Mutacije često uzbuđuju iskusne znanstvenike.

Primjeri genskih mutacija kod ljudi

1. progerija. Progerija se smatra jednom od najrjeđih genetskih defekata. Ova se mutacija očituje preranim starenjem tijela. Većina pacijenata umire prije navršene trinaeste godine, a rijetki uspiju spasiti život do dvadesete godine. Ova bolest razvija moždane udare i bolesti srca, pa je zato najčešće uzrok smrti srčani ili moždani udar.
2. Yuner Tan sindrom (YUT). Ovaj sindrom je specifičan po tome što se oboljeli kreću četveronoške. Tipično, SUT ljudi koriste najjednostavniji, najprimitivniji govor i pate od urođenog zatajenja mozga.
3. Hipertrihoza. Također se naziva "sindrom vukodlaka" ili "Abramsov sindrom". Ovaj fenomen je praćen i dokumentiran od srednjeg vijeka. Osobe sklone hipertrihozi karakterizira količina koja prelazi normu, osobito na licu, ušima i ramenima.
4. Teška kombinirana imunodeficijencija. Oni koji su osjetljivi na ovu bolest već su pri rođenju lišeni učinkovitog imunološkog sustava kakav ima prosječna osoba. David Vetter, koji je ovu bolest doveo do izražaja 1976. godine, preminuo je u dobi od trinaest godina nakon neuspješnog pokušaja operacije za jačanje imunološkog sustava.
5. Marfanov sindrom. Bolest se javlja prilično često i prati je nerazmjeran razvoj udova i pretjerana pokretljivost zglobova. Mnogo rjeđe je odstupanje izraženo spajanjem rebara, što rezultira ispupčenjem ili utonućem prsnog koša. Čest problem za one koji su osjetljivi na sindrom dna je zakrivljenost kralježnice.

Što je mutacija? To, suprotno zabludama, nije uvijek nešto strašno ili opasno po život. Pojam se odnosi na promjenu genetskog materijala do koje dolazi pod utjecajem vanjskih mutagena ili vlastitog okoliša tijela. Takve promjene mogu biti korisne, ne utječu na funkcije unutarnjih sustava ili, naprotiv, mogu dovesti do ozbiljnih patologija.

Vrste mutacija

Uobičajeno je da se mutacije dijele na genomske, kromosomske i genske mutacije. Razgovarajmo o njima detaljnije. Genomske mutacije su promjene u strukturi nasljednog materijala koje radikalno utječu na genom. To uključuje, prije svega, povećanje ili smanjenje broja kromosoma. Genomske mutacije su patologije koje se često nalaze u biljnom i životinjskom svijetu. Kod ljudi su pronađene samo tri varijante.

Kromosomske mutacije su trajne, nagle promjene. Oni su povezani sa strukturom nukleoproteinske jedinice. Tu spadaju: delecija - gubitak dijela kromosoma, translokacija - pomicanje skupine gena s jednog kromosoma na drugi, inverzija - potpuna rotacija malog fragmenta. Genske mutacije najčešći su tip promjene genetskog materijala. Javlja se mnogo češće nego kromosomski.

Korisne i neutralne mutacije

Bezopasne mutacije koje se javljaju kod ljudi uključuju heterokromiju (šarenice različitih boja), transpoziciju unutarnjih organa i abnormalno visoku gustoću kostiju. Postoje i korisne izmjene. Na primjer, otpornost na AIDS, malariju, tetrokromatski vid, hiposomniju (smanjena potreba za snom).

Posljedice genomskih mutacija

Genomske mutacije uzroci su najtežih genetskih patologija. Zbog promjena u broju kromosoma tijelo se ne može normalno razvijati. Genomske mutacije gotovo uvijek dovode do mentalne retardacije. To uključuje trisomiju 21. kromosoma - prisutnost tri kopije umjesto normalne dvije. To je uzrok Downovog sindroma. Djeca s ovom bolešću imaju poteškoća u učenju i kasne u mentalnom i emocionalnom razvoju. Izgledi za njihov puni život ovise, prije svega, o stupnju mentalne retardacije i učinkovitosti aktivnosti s pacijentom.

Još jedno strašno odstupanje je monosomija X kromosoma (prisutnost jedne kopije umjesto dvije). Dovodi do druge teške patologije - Shereshevsky-Turnerov sindrom. Od ove bolesti boluju samo djevojke. Glavni simptomi uključuju nizak rast i spolnu nerazvijenost. Često se javlja blagi oblik oligofrenije. Za liječenje se koriste steroidi i spolni hormoni. Kao što vidite, genomska mutacija je uzrok teških razvojnih patologija.

Neke kromosomske patologije

Nasljedne bolesti uzrokovane mutacijom nekoliko gena odjednom ili bilo kakvom povredom strukture kromosoma nazivaju se kromosomske bolesti. Najčešći od njih je Angelmanov sindrom. Ova nasljedna bolest uzrokovana je nedostatkom nekoliko gena na 15. majčinom kromosomu. Bolest se manifestira u ranoj dobi. Prvi znakovi su gubitak apetita, odsutnost ili siromaštvo govora, stalni nerazumni osmijeh. Djeca s ovom patologijom imaju poteškoća s učenjem i komunikacijom. Vrsta nasljeđivanja bolesti još se proučava.

Bolest slična Angelmanovu sindromu je Prader-Willijev sindrom. I ovdje je riječ o nedostatku gena na 15. kromosomu, ali ne onog majčinog, nego onog oca. Glavni simptomi: pretilost, hipersomnija, strabizam, nizak rast, mentalna retardacija. Ovu je bolest teško dijagnosticirati bez genetskog testiranja. Kao i kod mnogih nasljednih bolesti, potpuna terapija nije razvijena.

Neke genske bolesti

Genske bolesti uključuju metaboličke poremećaje uzrokovane monogenom mutacijom. To su poremećaji metabolizma ugljikohidrata, bjelančevina, lipida i sinteze aminokiselina. Mnogima poznata bolest, fenilketonurija, uzrokovana je mutacijom jednog od mnogih gena na 12. kromosomu. Kao rezultat promjene, jedna od esencijalnih aminokiselina, fenilalanin, ne pretvara se u tirozin. Bolesnici s ovom genetskom bolešću moraju izbjegavati hranu koja sadrži čak i male količine fenilalanina.

Jedna od najtežih bolesti vezivnog tkiva, fibrodisplazija, također je uzrokovana monogenom mutacijom na kromosomu 2. Kod bolesnika mišići i ligamenti s vremenom postaju okoštali. Tijek bolesti je vrlo težak. Potpuni tretman nije razvijen. Tip nasljeđivanja je autosomno dominantan. Druga opasna bolest je Wilsonova bolest, rijetka patologija koja se manifestira kao poremećaj metabolizma bakra. Bolest je uzrokovana mutacijom gena na 13. kromosomu. Bolest se manifestira nakupljanjem bakra u živčanom tkivu, bubrezima, jetri i rožnici očiju. Na rubovima šarenice mogu se vidjeti takozvani Kayser-Fleischnerovi prstenovi - važan simptom u dijagnostici. Obično je prvi znak Wilsonovog sindroma abnormalna funkcija jetre, njezino patološko povećanje (hepatomegalija), ciroza.

Kao što se može vidjeti iz ovih primjera, mutacija gena često je uzrok ozbiljnih i trenutno neizlječivih bolesti.

Korisne mutacije

Katerinka

Naravno, postoje, uz pomoć mutacija mogu nastati novi sojevi bakterija koji su rezistentni (otporni) na antibiotike. Uz pomoć mutacija razvijene su mnoge vrste biljaka i životinjskih pasmina (iako je to korisno samo za ljude). Mutacije stvaraju rezervu nasljedne varijabilnosti. Kad se uvjeti okoliša promijene, neke se mutacije pokažu korisnima... Na primjer, muhe na pacifičkim otocima. Tijekom jakih oluja većina ih je uginula - odnijela ih je pučina i slomljena su im krila, no neke su muhe kratkih krila (mutanti) preživjele.

Aleksandar Igošin

Dakle, sva se evolucija temelji na korisnim mutacijama. Na primjer, uzmimo populaciju nekih životinja, iznenada im je iz nekog razloga počela nedostajati hrane, ovdje bi bila korisna mutacija povezana sa smanjenjem veličine tijela. Ili neka skupina životinja ima neprijatelja-predatora, tada je korisna mutacija povećanje brzine trčanja.

Larisa Krushelnickaja

Pa, na primjer, ljudi imaju 5 puta veći mozak od čimpanza. Ovo je korisna mutacija. Gen koji je odgovoran za ovu mutaciju otkriven je usporedbom genoma ljudi i čimpanza.

I općenito, gotovo svaki znak koji razlikuje pojedinca od prilično dalekih predaka rezultat je mutacije. Krila kod ptica, kostur kod riba, mliječne žlijezde kod sisavaca, pluća kod plućnjaka itd.

Riječ "mutacija" većini ljudi zvuči zastrašujuće. Medicina poznaje mnoge genetske bolesti koje nositelja opterećuju psihičkim poremećajima i demencijom. Srećom, mutacije se događaju vrlo rijetko; većina ljudi živi sretan, ispunjen život zahvaljujući "ispravnom" skupu kromosoma. Ponekad su mutacije bezopasne, dajući nosaču izražajan izgled.

Zelene i plave oči

Prvi ljudi sa svijetlim očima pojavili su se tek prije deset tisuća godina. Primitivni ljudi su bili smeđih očiju. Ali u jednom trenutku rodila se plavooka beba s promijenjenim genom HERC2. Funkcija gena je kontrolirati razinu melanina, koji daje boju šarenici očiju. Slučajni "kvar" HERC2 nositelju daje lijepu boju očiju plavih i zelenih nijansi.

Recesivni gen pokazao je zavidnu upornost. Suprotno znanstvenim teorijama, mutacija nije nestala. S vremenom su se ljudi s plavim i zelenim očima počeli rađati prilično često, posebno u Europi. Danas gotovo polovica Europljana (40%) ima plave oči. Zelenooki ljudi su puno rjeđi. Postoji samo 2% ljudi na planeti sa zelenim očima.

Heterokromija

Heterokromija je genetski poremećaj u kojem osoba ima oči različitih boja. Na primjer, jedno oko je plavo, drugo je smeđe. Učinak različitih očiju objašnjava se mutacijom istog gena HERC2. Samo u ovom slučaju gen ograničava opskrbu melanina šarenice jednog oka, a ne dva, kao kod plavookih ljudi.

Moderno društvo, za razliku od drevnog srednjeg vijeka, ne pripisuje nadnaravne sposobnosti ljudima "drugačijeg pogleda". Naprotiv, smatraju se privlačnima. Neki glumci i modeli imaju drugačije oči, što ne ometa njihove profesionalne aktivnosti.

Heterokromija može biti urođena ili stečena. Ponekad je to simptom ozbiljnih bolesti kao što su Waardenburgov sindrom ili Hornerov sindrom. U prvom slučaju dolazi do gluhoće i strabizma. U drugom se razvijaju upalni procesi koji paraliziraju dio lica i uzrokuju oticanje.

Pjege

Mutacija gena MC1R pojavljuje se kako dijete raste. Pjege se gotovo nikad ne vide kod beba. Ranije se pogrešno vjerovalo da se pjege pojavljuju kao posljedica izlaganja sunčevoj svjetlosti. Zapravo to nije istina.

Ponekad se pjege šire izvan lica, pokrivajući ramena i gornji dio leđa. Među profesionalnim modelima često se nalaze atraktivne žene s pjegicama. Moderno društvo cijeni prirodnu jedinstvenost izgleda.

crvena kosa

Još jedan kvar istog gena, MC1R, dao je svijetu ljude s vatreno crvenom kosom. Ako se na 16. kromosomu poklope dva recesivna alela, rodit će se crvenokosa beba. Vjerojatnost takve slučajnosti izuzetno je mala. Ne više od 2% stanovništva planete ima vatreno crvenu grivu. Vrlo često se gen MC1R "lomi" u kombinaciji s drugim mutacijama. Dakle, crvenokosi ljudi imaju svijetlu put, kovrče i zelene oči, za što je odgovoran sasvim drugi gen.

Bijeli pramenovi

Genetski poremećaj koji je naslijeđen. U medicinskim krugovima takav se neuspjeh u opskrbi vlasišta melaninom naziva "piebaldism". Piebaldizam je poremećaj dominantnog gena SNA12 ili c-KIT, koji imaju visok stupanj nasljeđivanja. Postoje velike razlike u manifestaciji mutacije gena.

Važno je zapamtiti da se piebaldizam manifestira od rođenja. Piebaldizam je sam po sebi bezopasan i često bijeli pramen kose daje posebnu draž izgledu. Pojava bijele niti u odrasloj dobi često je simptom Hirschsprungove bolesti, Waardenburgovog sindroma. Važno je napomenuti da stanice bez pigmenta zadržavaju sposobnost njegove proizvodnje.

distihijaza

Ponekad se dogodi mutacija u kojoj na kapcima ne izraste jedan red cilija, već dva. Mutacija se naziva "distihijaza". Pojavljuje se od ranog djetinjstva i lako ga dijagnosticira oftalmolog.

Bezopasna mutacija čini izgled izražajnim. Najpoznatija vlasnica duplih redova trepavica je Elizabeth Taylor. Kao dijete zadavala je mnogo problema svojoj majci, koja je pogrešno optužena da je bojila trepavice svojoj kćerkici. Bujni niz trepavica poslužio je kao dostojan ukras za plave oči različka, što ukazuje na još jednu mutaciju Elizabeth Taylor.

Za ljude, za razliku od životinja, dvostruki red trepavica ne uzrokuje neugodnosti. Ponekad "rezervne" cilije rastu okomito na one glavne, ozljeđujući sluznicu oka. Osoba doživljava jaku bol kada trepće, sluznica postaje upaljena. U tom slučaju potrebno je kontaktirati oftalmologa kako bi uklonio višak trepavica.