Как возникают вредоносные гены?

Хотя основное свойство генов заключается в точном самокопировании, благодаря чему и происходит наследственная передача множества признаков от родителей к детям, свойство это не является абсолютным. Природа генетического материала двойственна. Гены обладают еще и способностью изменяться, приобретать новые свойства. Такие изменения генов называются мутациями. И именно мутации генов создают изменчивость, необходимую для эволюции живой материи, многообразия форм жизни. Мутации возникают в любых клетках организма, но передаваться потомству могут только гены половых клеток.

Причины мутаций заключаются в том, что многие факторы внешней среды, с которыми на протяжении жизни взаимодействует каждый организм, могут нарушать строгую упорядоченность процесса самовоспроизведения генов, хромосом в целом, приводить к ошибкам в наследовании. В экспериментах установлены следующие факторы, вызывающие мутации: ионизирующее излучение, химические вещества и высокая температура. Очевидно, что все эти факторы имеются и в естественной среде обитания человека (например, естественный фон радиации, космического излучения). Мутации существовали всегда как вполне обычное природное явление.

Будучи в своей сути ошибками в передаче генетического материала, мутации носят случайный и ненаправленный характер, то есть могут быть как полезными, так и вредными и относительно нейтральными для организма.

Полезные мутации закрепляются в ходе эволюции и составляют основу прогрессивного развития жизни на Земле, а вредные - снижающие жизнеспособность, являются как бы обратной стороной медали. Они и лежат в основе наследственных болезней во всем их многообразии.

Мутации бывают двух типов:

• генные (на молекулярном уровне)
• и хромосомные (меняющие число или структуру хромосом на клеточном уровне)

Как те, так и другие могут вызываться одними и теми же факторами.

Как часто возникают мутации?
Часто ли появление больного ребенка связано с новой мутацией?

Если бы мутации возникали слишком часто, то изменчивость в живой природе преобладала бы над наследственностью и никаких устойчивых форм жизни не существовало бы. С очевидностью логика подсказывает, что мутации являются редкими событиями, во всяком случае намного более редкими, чем возможность сохранения свойств генов при передаче от родителей к детям.

Реальная частота мутаций для отдельных генов человека составляет в среднем от 1:105 до 1:108. Это значит, что примерно одна из миллиона половых клеток в каждом поколении несет новую мутацию. Или, другими словами, хотя это и упрощение, можно сказать, что на миллион случаев нормальной передачи гена приходится один случай мутации. Важно то обстоятельство, что, однажды возникнув, та или иная новая мутация может затем передаваться в последующие поколения, то есть закрепляться механизмом наследования, поскольку обратные мутации, возвращающие ген в исходное состояние, столь же редки.

В популяциях соотношение в численности мутантов и унаследовавших вредоносный ген от родителей (сегрегантов) среди всех больных зависит как от типа наследования, так и от их способности оставлять потомство. При классических рецессивных заболеваниях вредная мутация может незаметно передаваться через множество поколений здоровых носителей до тех пор, пока в брак не вступят два носителя одного и того же вредного гена, и тогда практически каждый такой случай рождения больного ребенка связан с наследованием, а не с новой мутацией.

При доминантных же заболеваниях доля мутантов находится в обратной зависимости от детородной способности больных. Очевидно, что когда заболевание приводит к ранней смерти или неспособности больных иметь детей, то наследование заболевания от родителей невозможно. Если же заболевание не сказывается на продолжительности жизни или способности иметь детей, то, наоборот, будут преобладать унаследованные случаи, а новые мутации будут редки по сравнению с ними.

Например, при одной из форм карликовости (доминантной ахондроплазии) по социальным и биологическим причинам размножение карликов значительно ниже среднего, в этой группе населения примерно в 5 раз меньше детей по сравнению с другими. Если принять средний коэффициент размножения в норме за 1, то для карликов он будет равен 0,2. Это означает, что 80 % больных в каждом поколении - результат новой мутации, и только 20 % больных наследуют карликовость от родителей.

При наследственных заболеваниях, генетически сцепленных с полом, доля мутантов среди больных мальчиков и мужчин также зависит от относительной плодовитости больных, но здесь всегда будут преобладать случаи наследования от матерей, даже при тех болезнях, когда больные вообще не оставляют потомства. Максимальная доля новых мутаций при таких летальных заболеваниях не превышает 1/3 части случаев, поскольку на долю мужчин приходится именно одна треть Х-хромосом всего населения, а две трети их приходится на женщин, которые, как правило, бывают здоровыми.

Может ли у меня родиться ребенок с мутацией, если я получил повышенную дозу облучения?

Отрицательные последствия загрязнения окружающей среды как химического, так и радиоактивного - проблема века. Генетики сталкиваются с ней не так редко, как хотелось бы в широком спектре вопросов: от профессиональных вредностей до ухудшения экологической ситуации в результате аварий на атомных электростанциях. И понятна обеспокоенность, например людей, переживших чернобыльскую трагедию.

Генетические последствия загрязнения окружающей среды действительно связаны с увеличением частоты мутаций, в том числе и вредных, приводящих к наследственным болезням. Однако эти последствия, к счастью, не столь катастрофичны, чтобы говорить об опасности генетического вырождения человечества, по крайней мере на современном этапе. Кроме того, если рассматривать проблему относительно конкретных лиц и семей, то можно с уверенностью сказать, что риск рождения больного ребенка из-за облучения или иного вредного воздействия именно в результате мутации никогда не бывает высоким.

Частота мутаций хотя и повышается, но не настолько, чтобы превысить десятую, а то и сотую долю процента. Во всяком случае для любого человека, даже подвергшегося явному воздействию мутагенных факторов, риск отрицательных последствий для потомства намного меньше, чем свойственный всем людям генетический риск, связанный с носительством патологических генов, унаследованных от предков.

Кроме того, далеко не все мутации приводят к немедленному проявлению в виде заболевания. Во многих случаях, даже если ребенок получит новую мутацию от одного из родителей, он родится совершенно здоровым. Ведь значительная часть мутаций является рецессивными, то есть не проявляет своего вредного действия у носителей. А таких случаев, чтобы при исходно нормальных генах обоих родителей ребенок получил одну и ту же новую мутацию одновременно от отца и матери, практически не бывает. Вероятность подобного случая так ничтожно мала, что для ее реализации недостаточно всего населения Земли.

Из этого также следует, что повторное возникновение мутации в одной и той же семье практически нереально. Поэтому, если у здоровых родителей появился больной ребенок с доминантной мутацией, то их остальные дети, то есть братья и сестры больного, должны быть здоровыми. Однако для потомства больного ребенка риск унаследования заболевания составит 50 % в соответствии с классическими правилами.

Бывают ли отклонения от обычных правил наследования и с чем они связаны?

Да, бывают. Как исключение - иногда лишь в силу своей редкости, как, например, появление больных гемофилией женщин. Встречаются и чаще, но в любом случае отклонения обусловлены сложными и многочисленными взаимосвязями генов в организме и их взаимодействием с окружающей средой. По сути дела, исключения отражают все те же фундаментальные законы генетики, но на более сложном уровне.

Например, для многих доминантно наследуемых заболеваний характерна сильная изменчивость их выраженности, вплоть до того, что иногда симптомы заболевания у носителя патологического гена могут вообще отсутствовать. Это явление называется неполной пенетрантностью гена. Поэтому в родословных семей с доминантными заболеваниями иногда встречаются так называемые проскакивающие поколения, когда заведомые носители гена, имеющие как больных предков, так и больных потомков, практически здоровы.

В некоторых случаях при более тщательном обследовании таких носителей обнаруживаются хотя и минимальные, стертые, но вполне определенные проявления. Но бывает и так, что имеющимися в нашем распоряжении методами никаких проявлений патологического гена обнаружить не удается, несмотря на явные генетические доказательства того, что он есть у конкретного человека.

Причины этого явления изучены пока недостаточно. Считается, что вредный эффект мутантного гена может быть модифицирован и компенсирован другими генами или внешнесредовыми факторами, но конкретные механизмы такой модификации и компенсации при тех или иных заболеваниях неясны.

Бывает и так, что в некоторых семьях, в нескольких поколениях подряд передаются рецессивные заболевания так, что их можно спутать с доминантными. Если больные вступают в брак с носителями гена того же заболевания, то половина их детей также наследует "двойную дозу" гена - условие, необходимое для проявления заболевания. То же самое может произойти и в следующих поколениях, хотя такая "казуистика" встречается только при многократных кровнородственных браках.

Наконец, не носит абсолютного характера и деление признаков на доминантные и рецессивные. Иногда это деление просто условно. Один и тот же ген можно в одних случаях считать доминантным, а в других - рецессивным.

Применяя тонкие методы исследования, нередко можно распознать действие рецессивного гена в гетерозиготном состоянии, даже у совершенно здоровых носителей. Например, ген серповидноклеточного гемоглобина в гетерозиготном состоянии обусловливает серповидную форму эритроцитов, что не сказывается на здоровье человека, а в гомозиготном приводит к тяжелому заболеванию - серповидно-клеточной анемии.

В чем отличие генных и хромосомных мутаций.
Что такое хромосомные болезни?

Хромосомы являются носителями генетической информации на более сложном - клеточном уровне организации. Наследственные болезни могут быть вызваны и хромосомными дефектами, возникшими при образовании половых клеток.

Каждая хромосома содержит свой набор генов, располагающихся в строгой линейной последовательности, то есть те или иные гены располагаются не только в одних и тех же у всех людей хромосомах, но и в одних и тех же участках этих хромосом.

Нормальные клетки организма содержат строго определенное число парных хромосом (отсюда и парность находящихся в них генов). У человека в каждой клетке, кроме половых, 23 пары (46) хромосом. Половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды) содержат 23 непарные хромосомы - одинарный набор хромосом и генов, так как парные хромосомы расходятся в процессе клеточного деления. При оплодотворении, когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются, из одной клетки (теперь уже с полным двойным набором хромосом и генов) развивается плод - эмбрион.

Но образование половых клеток происходит иногда с хромосомными "ошибками". Это мутации, приводящие к изменению числа или структуры хромосом в клетке. Вот почему оплодотворенная яйцеклетка может содержать избыток или недостаток хромосомного материала по сравнению с нормой. Очевидно, что такой хромосомный дисбаланс приводит к грубым нарушениям развития плода. Проявляется это в виде самопроизвольных выкидышей и мертворождений, наследственных болезней, синдромов, получивших название хромосомных.

Наиболее известным примером хромосомной болезни является болезнь Дауна (трисомия - появление лишней 21-й хромосомы). Симптомы этого заболевания легко выявляются по внешнему виду ребенка. Это и кожная складка во внутренних углах глаз, которая придает лицу монголоидный вид, и большой язык, короткие и толстые пальцы, при тщательном обследовании у таких детей обнаруживаются и пороки сердца, зрения и слуха, умственная отсталость.

К счастью, вероятность повторения в семье этой болезни и многих других хромосомных аномалий мала: в подавляющем большинстве случаев они обусловлены случайными мутациями. Кроме того, известно, что хромосомные мутации случайного характера чаще происходят в конце детородного периода.

Так, с увеличением возраста матерей увеличивается и вероятность хромосомной ошибки во время созревания яйцеклетки, и следовательно, такие женщины имеют повышенный риск рождения ребенка с хромосомными нарушениями. Если общая частота появления синдрома Дауна среди всех новорожденных детей составляет примерно 1:650, то для потомства молодых матерей (25 лет и моложе) она существенно ниже (менее 1:1000). Индивидуальный риск достигает среднего уровня к 30-летнему возрасту, выше он к 38 годам - 0,5 % (1:200), а к 39 годам - 1 % (1:100), в возрасте же свыше 40 лет возрастает до 2-3 %.

А могут ли быть здоровыми люди, имеющие хромосомные аномалии?

Да, могут при некоторых типах хромосомных мутаций, когда изменяется не число, а структура хромосом. Дело в том, что структурные перестройки в первоначальный момент своего появления могут оказаться сбалансированными - не сопровождаться избытком или недостатком хромосомного материала.

Например, могут обменяться своими участками, несущими разные гены, две непарные хромосомы, если при разрывах хромосом, иногда наблюдающихся в процессе клеточного деления, их концы становятся как бы липкими и склеиваются со свободными фрагментами других хромосом. В результате таких обменов (транслокаций) число хромосом в клетке сохраняется, но так возникают новые хромосомы, в которых нарушен принцип строгой парности генов.

Другая разновидность транслокаций - склеивание двух практически целых хромосом своими "липкими" концами, в результате чего общее число хромосом уменьшается на одну, хотя потери хромосомного материала не происходит. Человек - носитель такой транслокации, совершенно здоров, однако имеющиеся у него сбалансированные структурные перестройки уже не случайно, а вполне закономерно приводят к хромосомному дисбалансу в его потомстве, поскольку существенная часть половых клеток носителей таких транслокаций имеет лишний или, наоборот, недостаточный хромосомный материал.

Иногда такие носители вообще не могут иметь здоровых детей (правда, подобные ситуации исключительно редки). Например, у носителей подобной хромосомной аномалии - транслокации между двумя одинаковыми хромосомами (скажем, слияние концов той же 21-й пары), 50 % яйцеклеток или сперматозоидов (в зависимости от пола носителя) содержат 23 хромосомы, включая сдвоенную, а остальные 50 % содержат на одну хромосому меньше, чем полагается. При оплодотворении же клетки со сдвоенной хромосомой получат еще одну, 21-ю хромосому, и в результате будут рождаться дети с болезнью Дауна. Клетки же с недостающей 21-й хромосомой при оплодотворении дают нежизнеспособный плод, который спонтанно абортируется в первой половине беременности.

Носители транслокаций других типов могут иметь и здоровое потомство. Однако существует риск хромосомного дисбаланса, приводящего к грубой патологии развития в потомстве. Этот риск для потомства носителей структурных перестроек существенно выше, чем риск появления хромосомных аномалий в результате случайных новых мутаций.

Кроме транслокаций, существуют и другие типы структурных перестроек хромосом, приводящих к сходным негативным последствиям. К счастью, наследование хромосомных аномалий с высоким риском патологии встречается в жизни намного реже, чем случайные хромосомные мутации. Соотношение случаев хромосомных болезней среди их мутантных и наследственных форм, примерно 95 % и 5 % соответственно.

Сколько уже известно наследственных болезней?
Увеличивается или уменьшается их число в истории человечества?

Исходя из общебиологических представлений, можно было бы ожидать примерного соответствия между числом хромосом в организме и числом хромосомных болезней (и точно так же между числом генов и генных болезней). И действительно, в настоящее время известно несколько десятков хромосомных аномалий со специфическими клиническими симптомами (что фактически превышает число хромосом, потому что разные количественные и структурные изменения одной и той же хромосомы обусловливают разные болезни).

Намного больше и превышает 2000 число известных болезней, вызванных мутациями единичных генов (на молекулярном уровне). Подсчитано, что число генов во всех хромосомах человека намного больше. Многие из них не являются уникальными, так как представлены в виде многократно повторяющихся копий в разных хромосомах. Кроме того, многие мутации могут проявляться не в виде заболеваний, а приводить к эмбриональной гибели плода. Так что и число генных болезней примерно соответствует генетической структуре организма.

По мере развития медико-генетических исследований во всем мире число известных наследственных болезней постепенно увеличивается, а многие из них, ставшие классическими, были известны людям очень давно. Сейчас в генетической литературе наблюдается своеобразный бум публикаций о предположительно новых случаях и формах наследственных болезней и синдромов, многие из которых принято называть по именам первооткрывателей.

Каждые несколько лет известнейший американский генетик Виктор Мак-Кьюсик издает каталоги наследственных признаков и болезней человека, составляемые на основании компьютерного анализа данных мировой литературы. И всякий раз каждое последующее издание отличается от предыдущего увеличивающимся числом таких болезней. Очевидно, что тенденция эта будет сохраняться и далее, но скорее она отражает улучшение распознавания наследственных болезней и более пристальное внимание к ним, чем реальное увеличение их числа в процессе эволюции.

МУТАЦИЯ (от лат. mutatio-перемена, изменение). Под этим термином в генетике в настоящее время понимают всякое вновь возникающее в организме наследственное изменение. Однако различные исследователи придают этому слову не совсем одинаковый смысл. М. как генетическое понятие следует отличать от палеонтологического, введенного Ваагеном (Waagen) в 1869 г. В 1901 г. голландский ботаник де Фриз опубликовал книгу под названием «Мутационная теория». В ней он отчетливо разграничил модификации или флюктуации (см.), представляющие собой мелкие отклонения от средней величины, к-рые являются ненаследственными по своей природе и возникают благодаря многообразным влияниям внешних условий, от М.---резких уклонений от нормы, передающихся по наследству. В настоящее время критерием различия между модификациями и М. является только ненаследственный характер первых и наследственный-последних, а не степень изменения. Де Фриз указал на значение М. как материала для эволюционного процесса и на основании гл. обр. изучения М. у растения Oenothera lamar-ckiana высказал ряд (8) положений своей мутационной теории: о внезапности появления новых элементарных видов, их постоянстве и характере, периодичности М. и т. д. Наблюдения де Фриза не были абсолютно новыми. Животноводы и растение-" воды знали, что иногда в совершенно чистых породах появляются отдельные особи с чрезвычайно уклоняющимися свойствами и что такие новые признаки с самого начала являются наследственными. Дарвин в книге «Прирученные животные и возделанные растения» собрал значительное число таких достоверно установленных случаев скачкообразной изменчивости (анконские и моша-новские овцы, черноплечие павлины и т. д.). В 1894 г. писал о прерывистой изменчивости Бетсон. Непосредственным же предшественником де Фриза был русский ботаник Кор-жинский («Гетерогенезис и эволюция», 1899). Основываясь на большом числе фактов из растительного мира, он установил существование т. н. «гетерогенных» вариаций- вариаций, появляющихся в резком виде у одного единственного экземпляра благодаря каким-то внутренним изменениям половых клеток - и в дальнейшем оказывающихся и 32? наследственными. Взгляды Коржинского являются типичным примером автогенетической точки зрения, т. к. автор подчеркивает полную независимость возникновения наследственных изменений от внешней среды. «Чтобы объяснить происхождение высших форм из низших, необходимо принять у организмов наличие особой тенденции к прогрессу», пишет Коржинский, обнаруживая идеалистическую установку в вопросе о факторах эволюции. Хотя ослиннику (Oenothera), изучение которого позволило де Фризу развить мутационную теорию, оказались присущи весьма сложные и запутанные явления, породившие и сейчас порождающие богатую литературу (т. н. «спор об энотерах»), существование М. было в дальнейшем абсолютно доказано, и сейчас известно множество М. у громадного числа видов животных и растений. После 1901 г. появились по М. у растений работы Баура (львиный зев-Antirrhinum "та^иБ), Корренса (ночная красавица--Mirabilis jalapa), Иста, Джонса, Эмерсона (кукуруза), Блёксли (дурман), Нильсона-Эле (овес) и мн. др. Принципиально важно было также открытие Иогансеном М. в чистых линиях фасоли. М. обнаружены и у животных, причем пальма первенства по числу найденных и изученных М. принадлежит необычайно популярному теперь генетическому объекту-плодовой мушке дрозофиле (Drosophila melanogaster). С 1911 года началось изучение генетики дрозофилы в лаборатории американского ученого Моргана, и с тех пор были получены многие сотни М., в том числе и в СССР. Их анализ позволил установить более точно понятие М., классифицировать их и до известной степени приблизиться к пониманию закономерностей в их появлении. Привычный термин «мутация», употребляемый и Морганом в широком смысле слова для обозначения всякого вновь возникающего наследственного изменения, в действительности объединяет очень разные типы явлений, происходящих в наследственных элементах. Наследственные изменения генотипа могут во-первых обусловливаться изменениями в числе хромосом и различной перегруппировкой отдельных их частей. Эта группа М. может быть названа хромосомными аберрациями (уклонениями от обычного типа). Вторая категория М. охватывает изменения отдельных, единичных наследственных факторов или генов, расположенных по длине хромосомы. Таковы локальные М. (под locus обычно понимают то место, где находится мутировавший ген), или иначе «точковые» мутации или трансгенации (американцы употребляют разную терминологию--point mutations, gene-mutations и т. д.). Хромосомные ненормальности также могут быть очень различными: кратные умножения числа хромосом гаплоидного набора-полиплоидия (триплоидия, тетра-плоидияит. д.); прибавление к нормальному набору или утеря одной, двух, трех и т. д. хромосом-полисомия (моносомия, дисомия и т. д.) и гетероплоидия; перемещения отдельных участков из одной хромосомы в другую-транс локации; удвоение отдель- ных участков-дупликации; выпадения или инактивации участков разной величины- делеции и дефишенси; перевертывание хромосом--инверсии и т. д. Если сначала термин М. относился в первую очередь к появлению новых наследственных признаков, то теперь названием М. обозначаются изменения в генной или хромосомной структуре. Поэтому вполне законен и начинает распространяться термин, предложенный Четвериковым, -- геновариация =мутации в смысле Моргана. По месту возникновения М. можно классифицировать на гаметические, если они происходят в зачатковом пути или гамете, и соматические, если мутирует какая-либо из клеток развивающегося организма (так получаются напр. мозаики у животных и почковые М. у растений). Появившееся вследствие М. изменение будет наследоваться по разному в зависимости от того, где и какая М. произошла (сцепленные с полом и ауто-сомные, доминантные и рецессивные и т. д.). М. очень различны как по числу и степени затрагиваемых ими внешних признаков, так и по жизнеспособности. Здесь встречаются все переходы от изменений мало специфичных, очень разнообразных по своему внешнему выражению, до высоко специфичных, от обладающих вполне нормальной жизнеспособностью до почти или вполне летальных. Одни и те же М., как трансгенации, так и хромосомные аберрации, могут повторяться по многу раз. Морган в. сводке 1925 г. (Genetics of Drosophila) указывает напр., что в locus"е, занимаемом геном «белых глаз» («white»), появилось около 25 изменений, из них 11 разных, причем все они влияли на окраску глаза; столько же раз возникала М. «Notch» (вырезки на крыльях) и т. д. В действительности все эти числа можно значительно увеличить, особенно после применения действия рентген, лучей, при помощи к-рых удается получить как хромосомные нарушения, так и локальные М. в почти неограниченном количестве. Характерно, что наряду с точками, мутирующими многократно, существуют и такие, в к-рых М. наблюдались всего по 1--2 раза. Это как будто бы указывает на разную степень устойчивости и способности меняться отдельных точек хромосом, но возможны и иные объяснения этих фактов. В среднем в обычных лабораторных условиях разведения у дрозофил одна М. возникает на 8- 10 тыс. исследованных особей. Но если принять во внимание, что по внешнему выражению М. могут быть очень различными-от сильных и хорошо заметных до чрезвычайно мелких, о появлении к-рых подчас можно судить лишь окольным путем (напр.»данные Zeleny по подбору числа фасеток, доказывающие возникновение мелких М., влияющих на число фасеток),--действительная частота М. значительно выше. Подсчеты Аль-тенбурга и Меллера (Altenburg, Muller) показали, что приблизительно в 1% ж-хромо-сом дрозофилы возникает летальная М. Локальная М. (трансгенация) одного и того же гена может происходить в разных направлениях, т. е. возникшая М. какого-либо гена может мутировать обратно к исход- ному положению (обратные М.) по схеме A-* Aj-> А. В этом смысле мутационный процесс обратим. Данные по нек-рым генам дрозофилы позволяют судить и о сравнительной скорости «прямого» и «обратного» мутирования (Тимофеев-Ресовский). Когда мы говорим о повторном возникновении одних и тех же М., следует иметь в виду, что критерий идентичности М. весьма условен. М. white («белые глаза») у дрозофилы появлялась много раз, но у нас нет достаточных оснований считать все white одинаковыми. Анализ многих аллеломорфов гена «scute» (Дубинин и др.) показал, что все они отличаются в той или иной степени по своему действию. Это же относится и к обратным М. Обратная М. не всегда (а м. б. даже никогда) является точным возвратом гена к исходному нормальному состоянию. Громадное большинство М., в частности у дрозофилы, возникало в условиях разведения в лаборатории, что раньше давало повод указывать на условия лабораторного содержания как на причину мутационных явлений у дрозофилы. Однако и в природе внутри внешне однородного вида все время возникают М., к-рые в течение долгого времени находятся в скрытом (гетерозиготном) состоянии и насыщают данный вид (Четвериков). Долгое время не удавалось ни вызвать М. путем искусственных воздействий ни даже увеличить частоту их появления. Старые материалы ламаркистов приходилось отбрасывать как неудовлетворительные по методике и построенные на неправильных принципиальных основаниях (см. Ламаркизм, Наследственность и др.), точные же эксперименты га дрозофиле давали отрицательные результаты. В 1927 г. Меллер сообщил, что ему удалось получить у дрозофилы путем воздействия рентгеновск. лучами М. различных типов, причем частота появления М. в эксперименте оказывалась в 150 раз больше, чем в обыкновенных условиях. С этого момента проблема М. вступила в новую фазу. Последующие годы принесли полное подтверждение и углубление данных Меллера на различных животных и растительных объектах. Что касается хромосомных аберраций, то известны уже многие воздействия, физ. и химич. применение к-рых вызывает появление многих хромосомных неправильностей. Но какие еще факторы кроме такого специфического типа лучистой энергии, как рентген, лучи, способны вызывать трансгенации, сказать трудно, хотя они вполне возможны. Были лишь попытки показать роль радиоактивного излучения земли, космического излучения, наконец высокой t° (Goldschmidt, Jollos). С этим непосредственно связан коренной вопрос о причинах М. Генетики в этом вопросе разбиваются на два направления: автогенетиков, признающих, что причина появления М. лежит в самих мутирующих генах, и эктогенетиков, считающих, что М.- результат действия на гены каких-то факторов внешней среды. Одним из ярких представителей автогенетического направления является Коржинский, аналогичные взгляды развивались до последнего времени Морганом и рядом других американок. генетиков, в СССР в пользу автогенеза высказывался Филипченко («Эволюционная идея в биологии»). Эктогенез был отчетливо сформулирован Жоффруа Сент-Илером, отчасти Гек-келем и Спенсером. Ряд советских генетиков, работавших по вопросу об искусственном получении М. действием рентген, лучей (Агол, Левит, Серебровский), остаются по существу на идеалистической позиции автогенетиков, утверждая, что внешние условия вызывают лишь ускорение того процесса возникновения М., который протекает и без экспериментального воздействия. «Мутации закономерно возникают в любой среде, в значительной мере автономно от последней. Среда, окружающая организм, может естественно, трансформируясь внутри организма и его половых клеток, лишь ускорять, усиливать (или, наоборот, замедлять) спонтанно протекающий процесс» (С. Г. Левит). При изучении сущности мутационного процесса необходимо иметь в виду как свойства самих зародышевых клеток и их составных частей (хромосомы, гены), так и специфические (равно и неспецифические) воздействия внешней среды.. * При М. типа хромосомных аберраций в громадном большинстве случаев можно с уверенностью сказать, что произошло в хромосоме или хромосомном комплексе. Прибавления или утери целых хромосом обычно сразу же доказываются цитологическим путем. Но даже такие изменения, как перемещение кусков от одной хромосомы к другой или выпадения участков хромосом, доказываемые генетическим анализом, нередко блестяще подтверждались цитологическими картинами (Painter, Меллер). Не то при трансгенациях. Основанная на Бетсо-новской теории «присутствия-отсутствия» точка зрения, что при трансгенации происходит выпадение участка хромосомы, не может быть признана в какой бы то ни было степени доказанной, хотя принятие ее и заманчиво, т. к. она позволяет набросать единую схему М., охватывающую столь как-будто бы различные типы, как выпадение целых хромосом или их кусков, с одной стороны,и локальные М.--с другой (Серебровский). Считая, что гены-это части (м. б. радикалы) гигантской белковой молекулы (Кольцов), надо думать, что малейшие хим. изменения в них, отрыв одних атомов, замена их другими, должны явиться источниками новых М. Не удивительно, что до сих пор мы достоверно имеем в качестве источника мутационных изменений рентген, лучи и температурные воздействия, т. к, все грубые хим. или механические воздействия бесповоротно нарушают сложную белковую структуру хромосомы. М. в отличие от модификаций являются важным звеном эволюционного процесса, создавая новые признаку, служащие материалом для искусственного и естественного отбора. Учение о наследственной изменчивости (мутациях) вместе с Дарвиновской идеей отбора в основном исчерпывает содержание эволюционной теории. Очередной задачей изучения М. является выяснение закономерностей мутационного процесса в экспериментальных условиях и решение вопроса о факторах, вызывающих М. в природе. В наст, время ведутся работы по изучению влияния темп-ры ультрафиолетовых лучей и др. факторов на мутационный процесс. Серьезного внимания требует и природа реагирующей на внешние воздействия системы, каковой является зародышевая клетка, носительница наследствен, зачатков. М. у человека. Хотя несомненно, что многочисленные известные нам наследственные заболевания или уродства появились благодаря М., число таких случаев, когда появление М. было действительно прослежено, насчитывается единицами. Главное объяснение конечно в том, что исследователю удается проследить лишь очень небольшое число поколений. Чаще всего ^практически же и это чрезвычайно редко) можно проследить появление доминантной М. Если в течение одного или больше поколений ни один представитель семьи не имел соответствующего изменения и если в дальнейших поколениях оно появляется и ведет себя как доминант, мы бесспорно имеем дело с происшедшей М. Таков описанный С. Г. Левитом случай гетерогемофилии в одной семье. Рокицкий считает его бесспорным; если это так, то это пожалуй один из немногих точно зарегистрированных случаев мутации. Кольцов описал случай доминантной шестипалости, а Патлис--клешневидной конечности, где также первое поколение не имедо этого признака. Но даже в случае доминантности изменения возможны ошибки при определении момента М., ;т. к. 1) доминантность может быть неполной,и в силу каких-либо причин, повлиявших на степень доминирования, особенность «перескочит» поколение; 2) если признак или б-нь таковы, что по бытовым условиям старались ее скрывать, детям может остаться неизвестным ее присутствие у отцовского или дедовского поколения. Это обстоятельство все сильнее будет сказываться, чем дальше вверх приходится подыматься по родословной. Рецессивная, но сцепленная с полом М. обнаруживается не на много труднее доминантной. Если М. возникла в половых клетках матери, то уже ее сыновья проявят новую особенность. Пря возникновении М. у отца его дочери будут «носителями» нового гена, но проявят его только их сыновья, т. е. особенность не проявится лишь одно поколение. Возможность проследить рецессивную аутосомную М. значительно меньше. Рецессивное изменение, раз возникнув, может неопределенно долгое время находиться в скрытом состоянии, пока не произойдет брак между двумя гетерозиготами. Поэтому, наблюдая видимое появление какого-либо рецессивного признака, мы в громадном большинстве случаев должны искать ту М., результатом к-рой он является, в глуби веков. Наглядным образчиком, продолжительности нахождения рецессивного гена в гетерозиготном состоянии может служить описанный Рютимейе-ром и Фреем (Riitimeyer, Frey) случай Фридрейховекой атаксии у 20 б-ных одной швейцарской деревушки. Оказалось, что их общий предок жил в 16 в. и отстоит от обследованных семей на 11-12 поколений. Но при всех трудностях отыскания М. у человека поиски их бесспорно необходимы и имеют большое значение при изучении наследственности человека (см. также Соматическая мутация). Лит.: Вавилов Н., Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, Саратов, 1920; Кольцов Н., Об экспериментальном получении мутаций, Ж. эксп. биологии, т. VI, в. 4, 1930; Коржи н с к и й С, Гетерогенезис и эволюция, Зап. Росс, академии-наук, том IX, кн. 2, 1899; Новейшие экспериментальные работы по искусственному вызыванию мутаций, Усп. эксп. биол., т. VIII, в. 4, 1929; Серебровский А., Хромосомы и механизмы эволюции, Ж. эксц. биологии, сер. Б, т. V, в. 1, 1926; Филипченко Ю., Изменчивость и методы ее изучения, Москва-Ленинград, 1927 (приведена литература); Четвериков С, О нек-рых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики, Журн. экспериментальн. биологии, сер. А, т. II, в. 1, 1926; Muller H., Artificial transmutation of the gene, Science, v. LXVI, p.84, 1927; d e V r i e s H., Die Mutationstheorie, B. I-II, Lpz., 1901-03. См. также лит. к статьям Генетика, Изменчивость и Наследственность. П. Рокицкий.

МУТАЦИЯ (лат. mutatio изменение, перемена) - всеобщее свойство живых организмов, лежащее в основе эволюции и селекции всех форм жизни и заключающееся во внезапно возникающем изменении генетической информации. Для медицины изучение природы М. чрезвычайно важно с точки зрения профилактики и лечения наследственных болезней (см.).

Внезапное возникновение наследственных изменений было описано еще в 18-19 вв. Это явление было известно и Ч. Дарвину. Однако изучение явления М. началось только после сформирования экспериментальной генетики как науки с начала 20 в. Термин «мутация» в современном понимании стал употребляться в научной литературе с 1901 г. после выхода в свет книги X. de Фриса «Мутационная теория». Ранее словом «мутация» называли особи, отклоняющиеся по своим признакам от нормальных индивидов.

После установления того факта, что генетическая информация записана в молекулах нуклеиновых к-т, в теории М. произошел коренной перелом (см. Ген , Дезоксирибонуклеиновые кислоты). Позже было установлено, что наследуемые изменения могут происходить не только в ДНК хромосом, но и в ДНК цитоплазматических самовоспроизводящихся структур. В этом случае говорят о цитоплазматических М.

Процесс возникновения М. в естественных условиях или в результате экспериментального воздействия различных физ., хим. и биол, факторов называют мутагенезом (см.).

Особь, несущую М., действие к-рой проявляется в фенотипе, называют мутантом. М. могут изменять внешние признаки особи, ее физические особенности, биохим, процессы, нарушать процессы развития, ослаблять жизнеспособность (сублетальные М.) или даже приводить к гибели особи (летальные М.) и т. д. Наряду с М., влияние к-рых на развитие особи выражено отчетливо, существуют М., слабо изменяющие нормальное развитие особи. Такие М. получили название малых. М. могут возникнуть в зародышевых и в соматических клетках, в клетках культуры ткани и, наконец, в выделенных из клеток молекулах ДНК.

По действию М. могут быть вредными, нейтральными и полезными, правда, такая их оценка относительна, поскольку эффект М. зависит от условий окружающей среды. Напр., для бабочек, живущих на березах, М. меланизма вредны, ибо темных бабочек на светлых стволах берез легче обнаруживают птицы. Однако в индустриальных р-нах, где стволы деревьев темнее, М. меланизма стали полезными.

Учитывая значение М. для последующих поколений, их делят на генеративные и соматические. Генеративные М. возникают в зародышевых клетках и переходят в последующие поколения. Соматические М. не передаются потомству. Появляясь в одиночной клетке тела, они наследуются только потомками этой клетки, образуя в организме мутантную ткань. Естественно, что в случае вегетативного размножения соматические М. могут сохраняться длительно. Соматические М. широко известны и для животных организмов. У дрозофилы на ранних стадиях развития глаза нормальный аллель (см. Аллели), определяющий красную окраску глаз, в отдельной клетке может мутировать в аллель, определяющий белую окраску глаз. Клетка, содержащая вновь появившийся аллель, дает начало ткани, занимающей часть глаза, в результате чего на фоне красной окраски в глазу такой дрозофилы появляется сектор белого цвета (см. Мозаицизм). Соматическая М., возникающая на той или иной стадии онтогенеза, генетически выделяет исходную клетку и произошедшую из нее ткань, что в нек-рых случаях позволяет изучить закономерности индивидуального развития. Соматические М. могут оказать серьезное влияние на жизнь особи. Организм человека состоит примерно из 10 14 клеток. Если предположить, что нек-рый определенный ген мутирует с такой низкой частотой, как 10 -8 , то и в этом случае в организме человека должно содержаться более 10 6 клеток, несущих М. только в данном гене. Число генов у человека условно равно 10 5 . Даже если допустить, что частота мутирования предельно низкая (10 -8), все равно получается огромное число мутантных клеток (10 11). Это показывает, что очень большая популяция клеток тела человека испытывает на себе влияние М. Мутабельность, т. е. способность изменяться, резко повышена в клетках раковых опухолей. По-видимому, в ряде случаев появление рака объясняется соматическими М. с последующей тканевой селекцией.

Успешное развитие исследований по культивированию тканей человека позволило в прямых опытах определять частоту М. генов в клетках, а также исследовать генетическую природу злокачественного роста в эксперименте.

Признаки, присущие данному виду, вырабатываются в процессе эволюции и контролируются нормальными аллелями, к-рые обычно доминантны по отношению к другому гену аллельной пары. Очевидно, что мутационный процесс, идущий в нормальных особях, в основном превращает доминантные нормальные аллели в мутантные рецессивные. Однако процесс мутирования обратим. Последующие М. в мутантном гене приводят к появлению не только серии других рецессивных аллелей, но и к возникновению нормальных доминантных аллелей. Изменения нормальных аллелей в мутантные называют прямыми мутациями (А -> а), превращения мутантных рецессивных аллелей в нормальные доминантные - обратными мутациями (а -> А).

В естественных условиях М. появляются под влиянием факторов внешней и внутренней среды и обозначаются термином «естественные (или спонтанные) мутации». М., полученные в условиях эксперимента, называют индуцированными. Агенты, вызывающие М., получили название мутагенов (см.). В процессе естественного мутирования гены мутируют с определенной частотой. Средняя частота М. на один ген в одном поколении у бактерий - 10 -7 , у дрозофилы в зародышевых клетках - 10 -5 и т. д.

В одном и том же организме разные гены мутируют с разной частотой. Из восьми генов эндосперма кукурузы ген, контролирующий окраску, мутирует с частотой 496*10 -6 , ген Wx, контролирующий крахмалистость эндосперма, мутирует в 330 раз реже, с частотой, равной всего лишь 1,5*10 -6 . Частота мутирования остальных шести генов представляет среднюю величину между приведенными крайними значениями.

Определение частоты М. у человека гораздо сложнее, чем у бактерий или растений. Однако в нек-рых случаях она примерно установлена. Так, ген кишечного полипоза мутирует с частотой 10 -4 , а ген прогрессирующей мышечной дистрофии - с частотой 10 -5 . Частота мутирования при прямых М. (А -> а), как правило, выше, чем частота мутирования при обратных М. (а -> А); соотношение прямых и обратных М. характерно для каждого отдельного гена. Если учитывать частоту прямых и обратных М. суммарно по многим генам, то становится ясно, что процесс мутирования - это массовый, статистически хорошо фиксируемый процесс.

В 1921 г. Райт (S. Wright) предложил называть устойчивость массового процесса мутирования термином «давление мутаций», к-рый характеризует естественную жизнь популяций организмов (см. Популяционная генетика). Прямые и обратные М. не обязательно являются скачком от одного состояния только к другому. Рецессивные и доминантные аллели изменяются многообразно, в результате из одного и того же локуса (см.) в разных организмах возникает множество аллелей. Изучение популяций показало, что в нек-рых случаях количество аллелей для отдельных генов исчисляется десятками и даже сотнями. Ген W, локализованный в Х-хромосоме у дрозофилы и определяющий цвет глаз, имеет более десятка аллелей, к-рые контролируют эозиновый, медовый, абрикосовый, вишневый, коралловый и белый цвет глаз плодовых мушек. Ген С + , вызывающий появление серой окраски шерсти у кролика (агути), мутирует в три разных рецессивных аллеля: аллель C ch обеспечивает шиншилловую окраску кролика, аллель С h - белую с черными пятнами (гималайский кролик), аллель с - чисто белую.

Практически всякий ген, испытывая М., дает серию множественных аллелей. Классическим примером серии аллелей служат аллели генов групп крови (см.) у человека.

Антиген А. в эритроцитах появляется при наличии у людей гена IA, антиген В - при действии гена IB. Оба эти гена являются аллельными, их влияние независимо друг от друга, они не связаны доминантностью или рецессивностью. Такое независимое проявление аллелей, когда у гетерозиготных особей возникают два признака под действием двух аллелей, получило название ко доминантности.

Множественные аллели участвуют в создании естественных приспособительных биол, особенностей организмов.

Когда М. происходит в отдельном гене, говорят о генных, или точко-вых М. При изменениях структуры хромосом (структурные М., аберрации хромосом) или их числа, речь идет о хромосомных мутациях. Сущность аберраций хромосом состоит в дислокации участков хромосом, т. е. их перемещении внутри данной хромосомы или между разными хромосомами. В начальный период развития генетики наличие структурных М. хромосом устанавливалось путем генетического анализа (см.) и примитивного наблюдения за хромосомами. Возможность тонкого наблюдения хромосомных мутаций под микроскопом появилась после открытия гигантских хромосом в слюнных железах дрозофилы. В 1930 г. Д. Костов предположил, а Пейнтер (Т. S. Painter) в 1933 г. доказал, что видимая под микроскопом структура этих хромосом, представленная рядом последовательно расположенных дисков, отражает их генетическое содержание. Структурные М. широко представлены в популяциях растений, животных и человека, на их основе осуществляется эволюция видовых кариотипов (см.). Основными типами структурных М. хромосом являются делеции (см.), симметричные и асимметричные транслокации (см.), образование кольцевых хромосом (центрических и ацентрических), дупликации (см.), инверсии (см.).

Транслокации представляют собой обмен фрагментами между разными хромосомами. Это становится возможным при совпадении двух разрывов - одного в одной хромосоме и другого - в другой. Возникающие четыре фрагмента свободно комбинируются друг с другом.

Деления, т. е. потеря участка хромосомы, может произойти в результате одного разрыва хромосомы. Концевой фрагмент, лишенный центромеры, теряется. Такой тип делеций получил название концевых. При появлении двух разрывов средний участок хромосомы выпадает, а концевые фрагменты соединяются в одну хромосому. Так возникают интерстициальные делеции. Размер делеций может быть различным. В тех случаях, когда теряются заметные блоки генов, зиготы погибают. Сравнительно небольшие делеции передаются по поколениям через гетерозиготных особей. Однако при появлении зигот, гомозиготных по утраченному участку, они, как правило, погибают. М., вызванные делецией в этом случае, имеют летальный эффект.

У человека обнаружен ряд делеций, служащих причиной наследственных болезней. Так, концевая нехватка части короткого плеча 5-й хромосомы обусловливает появление так наз. синдрома крика кошки, интерстициальная делеция в 21-й хромосоме является причиной злокачественной анемии.

Явления дупликации, т. е. удвоения какого-либо блока генов в хромосомах, могут служить источником увеличения объема генетической информации видов, они важны с эволюционной точки зрения.

Термин «инверсия» был введен Стертевантом (A. H. Sturtevant) в 1926 г. при изучении кроссинговера у самок дрозофилы; он показал, что срединный участок одной из хромосом 3-й пары перевернут на 180°. Инверсии могут быть одиночными и сложными, последние приводят к заметной перестановке блоков генов. В случае, если при образовании инверсии оба разрыва проходят по одну сторону от центромеры, образуется парацентрическая инверсия. Такая инверсия не изменяет морфологии хромосом. Однако у гетерозиготных особей на инвертированном участке для заключенного в ней блока генов не происходит кроссинговера (см. Рекомбинация). Это обеспечивает наследование этого блока целиком. Если инверсия захватывает центромеру, то возникает перицен-трическая инверсия. Когда две инверсии непосредственно примыкают друг к другу, появляются так наз. тандемные инверсии. Этот тип инверсий имеет две формы: прямую тандемную инверсию (при сохранении обеими инверсиями исходно свойственных их блокам генов в хромосоме) и обратную тандемную инверсию, когда блоки генов, заключенные в инверсиях, меняются местами. При наличии одной инверсии вторая может произойти на ее внутреннем участке. Этот тип хромосомных М. называют включенной инверсией. Если вторая инверсия происходит с частичным захватом части материала первой инверсии и части генов из соседнего нормального района хромосомы, то ее называют заходящей. Причиной отсутствия на участке инверсии у гетерозиготных особей обмена генами являются биол, последствия кроссинговера. У гетерозиготной особи, имеющей нормальную хромосому - 12345678 и хромосому с инверсией - 12654378, кроссинговер на участке 5-6 приведет к появлению двух кроссинговерных хромосом - 126678 и 123455437 8. В половине таких хромосом часть генов потеряна, а в другой половине часть генов представлена в удвоенном количестве. Такие последствия кроссинговера наблюдают при парацентрических и перицентрических инверсиях. В последнем случае, кроме того, появляется хроматида с двумя центромерами (дицентрики) и фрагмент без центромеры. Появление несбалансированной хромосомы в зиготе приводит ее к гибели. Явление, когда у особей часть зигот регулярно погибает, а другая часть оказывается нормальной, получило название полустерильности.

Явление транслокации, лежащее в основе еще одного типа хромосомной М., состоит в переносе участка хромосомы на другую хромосому или в другое место той же хромосомы. В большинстве случаев при транслокациях хромосомы обмениваются участками. Эти транслокации назвали взаимными, в отличие от невзаимных транслокаций, когда средний участок одной хромосомы вставляется в другую хромосому. В этом случае для образования срединного фрагмента в одной хромосоме необходимы два разрыва. Хромосома, в к-рую вставляется посторонний срединный участок, разрывается в одном месте. Взаимные транслокации бывают двух видов: 1) симметричные, возникающие при таком обмене участками, когда в каждой хромосоме сохраняется по одной центромере (подобные транслокации связаны с сохранением всего генетического материала, к-рый по-разному распределяется между хромосомами, они передаются последующим поколениям); 2) асимметричные, наблюдающиеся при слиянии двух центромерных фрагментов и образовании дицентрической хромосомы. Соединение двух ацентрических фрагментов ведет к появлению одного ацентрического фрагмента. Во время репликации (см.) хромосом в фазе синтеза ДНК дицентрическая хромосома и ацентрический фрагмент удваиваются. В первом же митозе ацентрические фрагменты теряются. Что касается дицентрика, то он или образует хромосомный мост и рвется, или, при отхождении обеих центромер к одному полюсу, попадает в дочернюю клетку. Через ряд митозов дицентрик теряется. Симметричные транслокации благодаря действию сил притяжения гомологичных локусов в профазе мейоза (см.) образуют крестообразную конфигурацию. При расхождении из такой фигуры хромосомы часто образуют кольцо, состоящее из четырех хромосом. Поскольку симметричные транслокации сопровождают лишь перераспределение генного материала, особи, гетерозиготные по транслокациям, наряду с нормальными дают гаметы с нарушениями в виде больших дупликаций или делеций. Зиготы, возникающие при участии таких гамет, погибают, что приводит к полусте-рильности растений и животных, гетерозиготных по взаимной транслокации. Транслокации не только изменяют порядок генов, но и число хромосом в связи с приобретением или потерей центромер.

Своеобразным типом структурных М. служит появление кольцевых хромосом. В норме у животных и растений в кариотипе кольцевые хромосомы не встречаются. Образование кольцевой хромосомы связано с возникновением в одной хромосоме двух разрывов, в результате чего образуются два концевых и один срединный фрагмент. Срединный участок соединяется местами разрывов и замыкается в кольцо. Если срединный участок хромосомы включал центромеру, то возникает центрическое кольцо. Такая кольцевая хромосома передается поколениям клеток и организмов. Если кольцевая хромосома образуется из срединного участка хромосомы, лишенного центромеры, возникает ацентрическая кольцевая хромосома.

Существует два типа М. числа хромосом: анеуплоидия, т. е. потеря или появление дополнительных хромосом (единицей М. служат одна или несколько хромосом, число к-рых меньше, чем гаплоидный набор); гаплоидия и полиплоидия, кратное изменение числа хромосом, при них единицей М. служит гаплоидный набор хромосом (n). Гаплоидия - потеря целого набора (2n - n). Полиплоидия возникает при добавлении целых наборов (2n + n, 2n + 2n и т. д.). Особи, несущие три набора хромосом, называются триплоидами (Зn), четыре набора - тетраплоидами (4n) и т. д. Анеуцлоидии возникают в процессе митоза или мейоза, как правило, вследствие нерасхождения гомологичных хромосом. Для диплоидов характерны следующие типы анеу-плоидии: нулисомия - потеря пары гомологичных хромосом (2n - 2r, где r обозначает гомолог); моносомия - потеря одной хромосомы из какой-либо пары (2n - 1); трисомия - появление одной лишней хромосомы (2n + 1); тетрасомия - наличие двух лишних гомологичных хромосом (2n + 2r). При более сложных явлениях возможна двойная моносомия (2n - 1 - 1), двойная трисомия (2n + 1 + 1), сочетание двух типов (2n - 1, 2n + 1) и т. д. Анеу-плоидии вызывают нарушение генного баланса и, как правило, заметно изменяют признаки особи. Тетрасомия позволяет локализовать гены в определенных хромосомах, т. к. наличие четырех хромосом создает систему из трех аллелей у одного из родителей, что изменяет характер расщепления.

Анеуплоидии у человека объясняют появление целого ряда наследственных болезней. Впервые ане-уплоидию у человека обнаружили Ж. Лежен и др. в 1959 г. при анализе хромосом больного болезнью Дауна (см. Дауна болезнь). Оказалось, что больные имеют трисомию по 21-й хромосоме, регулярно возникающую с частотой 1 на 700 рождений. С частотой 1 на 5000 яйцеклеток вследствие нерасхождения X-хромосом возникает яйцеклетка, лишенная половой хромосомы (см. Пол). Женщины с генотипом ХО несут признаки синдрома Шерешевского - Тернера (см. Тернера синдром). В результате нерасхождения X-хромосом появляются люди с 47 хромосомами, включающими набор XXY. Дети XXY оказываются мальчиками с так наз. синдромом Клайнфелтера (см. Клайнфелтера синдром). Обнаружены и другие анеуплоидные изменения у человека, в частности трисомия и тетрасомия по Х-хромосоме и комбинированная трисомия. Сложные нарушения, числа половых хромосом обнаружены у мужчин (XXXY, XXYY, XXXXY, XYY) и женщин (ХХХХ, ХХХХХ). Анеуплоидия часто возникает как соматическая М. В случае соматической М. анеуплоидия в результате нерасхождения гомологов в митозе проявляется как хромосомная мозаика, при к-рой одни ткани имеют нормальный набор хромосом, а другие - состоят из клеток с анеуплоидным числом хромосом. У человека обнаружены хромосомные мозаики по половым хромосомам: ХО/ХХ, XO/XY, XX/XY, XXY/XX хх/ххх, ххх/хо, хххх/ххххх и др. (см. Хромосомные болезни).

Термином «гаплоидия» или «моно-плоидия» обозначают наличие в геноме только одного гомолога из каждой пары хромосом. У высших растений и животных диплоидность хромосом (парность аллелей) заключает в себе одно из преимуществ полового размножения, жизнеспособности организма при индивидуальном развитии, т. е. является важнейшим генетическим явлением.

Полиплоидия широко представлена у растений. Полиплоидные растения отличаются от диплоидных многими морфол., физиол, и биохим, особенностями. Их клетки и ядра имеют большие размеры, чем у диплоидов. Общие размеры растений, их цветки, семена и плоды увеличены.

Полиплоидия у животных распространена меньше, чем у растений. Это связано с тем, что для животных большое значение имеет генный баланс между половыми хромосомами и аутосомами. Отклонение от диплоидности у животных часто вызывает стерильность. Полиплоидные виды обнаружены среди червей, насекомых, ракообразных, рыб, амфибий, рептилий и других животных. Среди этих форм нек-рые виды утратили способность к половому размножению. Связь партеногенеза с по-липлоидностью установлена у рачков рода Artemia, мокриц Trichoni-seus, бабочек Solenobia и др. Тетра-плоидными формами, размножающимися половым путем, являются отдельные виды рыб, южноамериканская лягушка Odontophymis ame-ricanus и нек-рые другие организмы. Тихоокеанские лососи являются полиплоидами, то же касается ряда видов карповых рыб.

Причиной генных, или так наз. точечных, М. является замена одного азотистого основания в молекуле ДНК на другое, потеря, вставка или перестановка азотистых оснований в молекуле ДНК. В результате генных М. у человека могут развиться патол, состояния, патогенез к-рых различен. Потеря одного или нескольких нуклеотидов (деле-ция) может привести к нарушению последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи кодируемого белка, т. е. к нарушению его первичной структуры. Делеция нескольких нуклеотидов может привести к полному прекращению синтеза белка, кодируемого мутантным геном. Аналогичный эффект возможен в случае превращения триплета, кодирующего включение в полипеп-тидную цепь определенной аминокислоты, в триплет, кодирующий окончание синтеза полипептидной цепи.

Генная М., не изменяя количество синтезируемого белка, может изменить его конформацию и тем самым - его ферментативную активность вплоть до полного ее исчезновения, и, наоборот, не влияя на ферментативную активность белка,- изменить скорость его синтеза, синтеза его ингибитора или активатора. Все это в конечном итоге приводит к развитию энзимопатий (см.).

Все генетическое разнообразие людей так или иначе является следствием М. Средняя частота возникновения М. на одну гамету человека оказалась близкой к 1*10 -5 . Частота М. нормального аллеля в аллель гемофилии (см.) или в аллель альбинизма (см.) составляет 3*10 -5 . Клетки костного мозга человека в культуре ткани мутируют от нормального аллеля в аллель устойчивости к 8-азагуанину с частотой 7*10 -4 .

Огромный полиморфизм в популяциях человека существует не только за счет отдельных генов, но и за счет их сочетаний, создающих полиморфные системы ферментов, групп крови, изменчивости по аллелям тканевой несовместимости в локусе HLA и др.

Библиография: Ауэрбах Ш. Проблемы мутагенеза, пер. с англ., М., 1978; Б а-р а ш н e в Ю. И. и Вельти-щ e в Ю. Е. Наследственные болезни обмена веществ у детей, JI., 1978; Бердышев Г. Д. и Криворучко И. Ф. Генетика человека с основами медицинской генетики, Киев, 1979; Б о ч-ков H. П. Генетика человека, М., 1978; Дубинин Н. П. Общая, генетика, М., 1976; М а к к ь ю с и к В. А. Наследственные признаки человека, пер. с англ., М., 1976; McKusick Y. Mendelian inheritance in man, Baltimore, 1978.

Помогите пожалуйста решить задачу и вопросы, даю все пункты, что есть. Задача: У некоторых людей клетки содержат только одну Х-хромосому (моносомики),

но людей, обладающих только Y-хромосомой, не существует. Объясните причину этого явления. Вопросы: 1) Охарактеризуйте зависимость между понятиями "ген", "аллель", "кроссинговер". 2) Что такое мутация? Когда и где происходит мутация? На вопросы очень много не надо. Своими словами. Спасибо заранее всем, кто поможет!)

1.Что такое размножение?2.Какие способы размножения встречаются у растений?3.Какой тип размножения называется половым?4.Как происходит половое размножение

у хламидомонады?5.Как размножается половым способом спирогира?6.Как размножаются мхи?7.Какие условия необходимы для полового размножения мхов?8.Где у цветковых растений развиваются спермии?9.Что такое пыльцевая трубка?10.Где у цветковых растений находится яйцеклетка?11.Как происходит двойное оплодотворение?12.Из какой клетки образуется эндосперм?13.Из чего образуется семенная кожура?14.Как образуется зародш семени?15.Что такое опыление?
Помогите пожалуйста

1)Что такое размножение? 2)Какие способы размножения встречаются у растений? 3)Какой тип размножения называется половым 4)Как

происходит половое размножение у хламидомонады

5)как размножается половым способом спирогира

6)как размножаются мхи

7)какие условия необходимы для полового размножения мхов

8)где у цветковых растений развиваются спермии

9)что такое пыльцевая трубка

10)где у цветковых растений находится яйцеклетка

11)как происходит двойное оплодотворение

12)из какой клетки образуется эндосперм

13)из чего образуется семенная кожура

14)как образуется зародыш семени

15)что такое опыление

1. Что характерно для мутации (возникает при скрещивании, при кроссинговере, возникает внезапно в ДНК или в хромосомах)?

2. Признаки какой изменчивости передаются потомству (модификационной, мутационной)?
3. Что подвергается изменениям при возникновении мутаций (генотип, фенотип)?
4. Наследуются признаки генотипа или фенотипа?
5. Для какой изменчивости характерны следующие признаки: возникают внезапно, могут быть доминантными или рецессивными, полезными или вредными, наследуются, повторяются (мутационная, модификационная)?
6. Где происходят мутации (в хромосомах, в молекулах ДНК, в одной паре нуклеотидов, в нескольких нуклеотидах)?
7. В каком случае мутация проявляется фенотипически (в любом, в гомозиготном организме, в гетерозиготном организме)?
8. Какова роль мутаций в эволюционном процессе (увеличение изменчивости, приспособление к окружающей среде, самосовершенствование организма)?
9. От чего зависит фенотип (от генотипа, от окружающей среды, ни от чего не зависит)?
10. Чем определяется размах изменчивости признаков организма (окружающей средой, генотипом)?
11. Признаки какой изменчивости выражаются в виде вариационного ряда и вариационной кривой (мутационной, модификационной)?
12. Какие признаки обладают узкой нормой реакции (качественные, количественные), какие более пластичны (качественные, количественные)?
13. Какая форма естественного отбора в популяции приводит к образованию новых видов (движущий, стабилизирующий), какая - к сохранению видовых признаков (движущий, стабилизирующий)?

Образование

Мутация - ошибка природы или эволюция? Кто такие мутанты?

17 июня 2018

Кто такие мутанты? Это живые организмы, в ДНК которых произошли определенные изменения, что сделало их непохожими на своих собратьев. Как происходят мутации или ошибки в ДНК, какие эффекты они могут иметь и как они влияют на организм в целом?

Что такое мутации?

Вы когда-нибудь задумывались, почему у вас коричневые волосы и голубые глаза, а брат светловолосый и кареглазый? Это связано с ДНК - генетическим кодом, который исходит от наших родителей. Иногда ошибки совершаются в ДНК, когда она реплицируется или копируется в момент деления каждой клетки. Когда это происходит, то процесс может повлиять на наш внешний вид и даже поведение.

ДНК организма влияет на то, как он выглядит и ведет себя, его физиологию. Изменение ДНК может вызвать метаморфозы во всех аспектах жизни. Мы часто думаем о мутациях как о чем-то негативном, но это не всегда так. Эти ошибки или изменения в ДНК необходимы для эволюции. Без них развитие не могло бы происходить. Обычно мутации не бывают хорошими или плохими, они просто разные.

Мутации создают несколько различных версий одной и той же генетической информации. Они называются аллелями. Именно эти различия делают каждого из нас уникальным, создавая вариации в цвете волос, кожи, росте, комплекции, поведении и нашей способности бороться с болезнями.

Вариации, помогающие организму выживать и размножаться, передаются следующему поколению. А те, которые препятствуют способности организма выживать и размножаться, приводят к тому, что организм выбывает из популяции - другими словами, умирает. Этот процесс, называемый естественным отбором, может привести к важным изменениям во внешнем виде, поведении и физиологии всего за несколько поколений.

Типы мутаций

Существует много типов ошибок ДНК. Мутации могут быть сгруппированы в категории, основанные на том, где именно они происходят.

• Соматические мутации (приобретенные) происходят в нерепродуктивных клетках. Обычно они не передаются потомству. Однако могут изменить деление клеток.
• Мутации зародышевой линии происходят в репродуктивных клетках. Такого рода мутации передаются потомству. Примером может служить альбинизм.
• Мутации также можно классифицировать по длине нуклеотидных последовательностей, на которые они влияют. Мутации на уровне генов - это изменения коротких длин нуклеотидов. Они влияют на физические характеристики и важны для крупномасштабной эволюции. Например, насекомые становятся устойчивыми к воздействию инсектицида ДДТ после многократного его воздействия.
• Хромосомные мутации - это изменения длинных длин нуклеотидов. Это имеет серьезные последствия. Примером является синдром Дауна, где есть три копии хромосомы 21 вместо двух. Это существенно влияет на внешний вид человека, уровень развития и поведение.

Кто такие мутанты?

Люди часто рассматривают мутации в негативном свете. Однако без мутаций мы не имели бы богатого цветового зрения и прочих необходимых особенностей. Мутации - это изменения в вашем генетическом коде. ДНК - это генетический материал, используемый для кодирования определенных физических характеристик. Он сделан из четырех различных молекул, называемых основаниями. Эти базы представлены буквами A, T, C и G. Полный генетический код человека содержит миллиарды баз! Когда эти базовые последовательности изменяются, это называется мутацией.

Некоторые мутации могут вызвать такие пагубные состояния, как синдром Дауна или синдром Клинефельтера. Тем не менее многие мутации являются доброкачественными, а некоторые не имеют значения, потому что они существуют в областях ДНК, которые активно не используются. Например, голубые глаза возникли из-за изменения белка, ответственного за пигментацию глаз. Это один из примеров доброкачественной мутации.

Иногда, однако, будет происходить мутация, которая дает человеку преимущество и на самом деле выгодна. Кто такие мутанты (фото см. в статье)? В определенном смысле это все живые организмы.

Пример полезной мутации

Полезные мутации могут быть найдены в природе. Например, наше цветовое зрение. У людей трихроматическое зрение, то есть мы можем различать три цвета: красный, зеленый и синий. Многие животные имеют дихроматическое или монохроматическое зрение и не имеют возможности воспринимать все цвета. Эта способность видеть несколько оттенков, вероятно, является результатом полезной мутации, которая произошла в нашей ДНК несколько миллионов лет назад.

Когда вы думаете о мутанте, вы вспоминаете о научно-фантастических фильмах, где мутировавшие существа становятся могущественными и злыми, а затем пытаются уничтожить мир? Что такое мутации на самом деле? Это изменения в последовательности ДНК клетки. Когда мутация происходит в кодирующей последовательности гена, полученный белок изменяется.

Биологическая точка зрения

Кто такой мутант в биологии? Для этой науки, а также для генетики мутант - это организм или новое генетическое явление, возникающее в результате мутации, которая представляет собой изменение последовательности ДНК гена или хромосомы организма. Естественное возникновение генетических мутаций является неотъемлемой частью процесса эволюции. Изучение мутантов - обязательная часть биологии.

Мутантов не следует путать с организмами, рожденными с отклонениями в развитии, которые вызваны ошибками в процессе морфогенеза. При аномалии развития ДНК организма остается неизменной, поскольку сбой не может быть передан потомству. Сиамские близнецы являются результатом аномалий развития. Это не мутация. Химические вещества, вызывающие аномалии развития, называются тератогенами. Они также могут вызывать мутации, но их влияние на развитие не связано с процессом напрямую. Химические вещества, вызывающие мутации, называются мутагенами.