Mutageneze

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 18. dubna 2019; kontroly vyžadují 9 úprav .

Mutageneze  je proces změny nukleotidové sekvence DNA , což vede k mutacím . Existují přirozené (spontánní) a umělé (indukované) mutageneze.

Přirozená mutageneze

Přirozená nebo spontánní mutageneze nastává v důsledku vystavení genetickému materiálu živých organismů mutagenních faktorů prostředí, jako je ultrafialové záření , záření , chemické mutageny.

Mutační teorie De Vriese a Koržinského

Mutační teorie je jedním ze základů genetiky. Vznikla krátce po znovuobjevení Mendelových zákonů T. Morganem na počátku 20. století. Lze mít za to, že téměř současně vznikl v myslích Holanďana Huga De Vriese [1] (1903) a ruského botanika Sergeje Koržinského [2] (1899). Prioritu v prvenství a ve větší shodě výchozích ustanovení má však ruský vědec [3] . Uznání hlavního evolučního významu pro diskrétní variabilitu a popření role přirozeného výběru v teoriích Koržinského a De Vriese bylo spojeno s tehdejší neřešitelností rozporu v evolučním učení Charlese Darwina mezi důležitou rolí drobné odchylky a jejich „vstřebání“ při přejezdech (viz Jenkinova noční můra ).

Hlavní ustanovení teorie mutace Korzhinsky-De Vries lze zredukovat na následující body [4] :

  1. Mutace jsou náhlé, jako diskrétní změny ve vlastnostech
  2. Nové formy jsou udržitelné
  3. Na rozdíl od dědičných změn mutace netvoří souvislé řady, nesdružují se kolem žádného průměrného typu. Představují kvalitativní skoky změny.
  4. Mutace se projevují různými způsoby a mohou být prospěšné i škodlivé.
  5. Pravděpodobnost detekce mutací závisí na počtu zkoumaných jedinců
  6. Podobné mutace se mohou vyskytnout více než jednou

Mechanismy mutageneze

Sled událostí vedoucích k mutaci (uvnitř chromozomu) je následující: dojde k poškození DNA (pokud nebylo poškození DNA správně opraveno, zmutuje); došlo-li k poškození v nevýznamném ( intron ) fragmentu DNA nebo došlo k poškození významného fragmentu ( exonu ) a v důsledku degenerace genetického kódu nedošlo k žádnému porušení, pak se tvoří mutace, ale jejich biologické důsledky budou nevýznamné resp. se nemusí objevit.

Mutageneze na úrovni genomu může být spojena také s inverzemi, delecemi, translokacemi, polyploidií a aneuploidií, zdvojením, ztrojením (mnohonásobnou duplikací) některých chromozomů atd.

V současné době existuje několik přístupů používaných k vysvětlení podstaty a mechanismů vzniku bodových mutací. V rámci obecně přijímaného polymerázového modelu se má za to, že jediným důvodem pro tvorbu substitučních mutací jsou sporadické chyby v DNA polymerázách . V současné době je toto hledisko obecně přijímáno [5] .

James Watson a Francis Crick navrhli tautomerní model spontánní mutageneze [6] . Vznik spontánních substitučních mutací bází vysvětlili tím, že když se molekula DNA dostane do kontaktu s molekulami vody, tautomerní stavy bází DNA se mohou změnit.

Vznik substitučních mutací báze byl vysvětlen tvorbou Hoogsteenových párů [7] . Předpokládá se, že jedním z důvodů vzniku substitučních mutací báze je deaminace 5-methylcytosinu [8] .

Bodové mutace

Bodová mutace nebo substituce jedné báze je typ mutace v DNA nebo RNA , který je charakterizován nahrazením jedné dusíkaté báze jinou. Termín je také aplikován na párové nukleotidové substituce. Termín bodová mutace také zahrnuje inzerce a delece jednoho nebo více nukleotidů.

Chromozomální mutace

  1. Inverze
  2. Reciproční translokace
  3. Odstranění
  4. Duplikace a inzerční translokace

Genomické mutace

  1. Aneuploidie
  2. polyploidie

Nukleární a cytoplazmatické mutace

Umělá mutageneze

Umělá mutageneze je široce používána ke studiu proteinů a zlepšování jejich vlastností ( řízená evoluce  (anglicky) ).

Necílená mutageneze

Metodou neřízené mutageneze dochází s určitou pravděpodobností ke změnám v sekvenci DNA. Mutagenními faktory (mutageny) mohou být různé chemické a fyzikální účinky - mutagenní látky, ultrafialové záření , záření . Po získání mutantních organismů se provádí identifikace (screening) a výběr těch, které splňují cíle mutageneze. Necílená mutageneze je pracnější a její realizace je opodstatněná, pokud je vyvinut účinný systém screeningu mutantů.

Řízená mutageneze

Při místně cílené mutagenezi se změny v DNA provádějí na předem určeném místě ( DNA binding site ). K tomu jsou syntetizovány krátké jednořetězcové molekuly DNA ( primery ) , které jsou komplementární k cílové DNA, s výjimkou místa mutace.

Mutageneze podle Kunkela

Pro bakteriální plazmid (extrachromozomální kruhová DNA) se získá uridinový templát, tj. stejná molekula, ve které jsou zbytky thyminu nahrazeny uracilem . Primer je nanesen na matrici, in vitro je pomocí polymerázy doplněn na kruhovou DNA komplementární k uridinové matrici. Bakteriální buňky jsou transformovány dvouvláknovou hybridní DNA, uvnitř buňky je uridinová matrice zničena jako cizí a na mutantní jednovláknové kruhové DNA je dokončeno druhé vlákno. Účinnost této metody mutageneze je menší než 100 %.

Mutageneze pomocí PCR

Polymerázová řetězová reakce umožňuje místně cílenou mutagenezi pomocí páru primerů nesoucích mutaci, stejně jako náhodnou mutagenezi. V druhém případě jsou chyby v sekvenci DNA zaváděny polymerázou za podmínek, které snižují její specificitu.

Mutagenní látky

Mezi faktory způsobující mutace patří fyzikální (např. radiační expozice) a chemické (xenobiotika atd.).

Mezi nejsilnější mutageny patří ethylenamin a jeho deriváty. Chemická mutageneze ethylenaminu je spojena s útokem jeho molekuly na pyrimidinový prekurzor deoxyribonukleové kyseliny 1 . Aziridin, stejně jako zookumarin, je schopen snadno proniknout kůží.

Viz také


Poznámky

  1. ↑ Fries G. de, Selected. výroba, přel. [z francouzštiny], M., 1932
  2. ↑ Korzhinsky S., Heterogeneze a evoluce. K teorii původu druhů, Petrohrad, 1899 (Poznámky Akademie věd. Řada 8. Ústav fyziky a matematiky, sv. 9, č. 2)
  3. ↑ Teorie mutací // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
  4. ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genetika se základy selekce. M.: Vyšší škola. 1989. 591 s.
  5. ↑ Pham P., Bertram J. G, O'Donnell M., Woodgate R., Goodman MF Model for SOS-lesion-targeted mutations in Escherichia coli // Nature. - 2001. - 408. - S. 366-370.
  6. ↑ Watson JD, Crick FHC Struktura DNA // Cold Spring Harbor Symp. kvant. Biol. - 1953. - 18. - S. 123-131.
  7. ↑ Poltev V.I., Shulyupina N.V., Bruskov V.I. Molekulární mechanismy správné biosyntézy nukleových kyselin. Počítačové studium úlohy polymeráz při tvorbě nepravidelných párů modifikovanými bázemi // Molek. biol. - 1996. - 30. - S. 1284-1298.
  8. ↑ Cannistraro VJ, Taylor JS Akcelerace deaminace 5-methylcytosinu v dimerech cyklobutanu působením G a její důsledky pro aktivní místa mutace C-to-T indukovaná UV zářením // J. Mol. Biol. - 2009. - 392. - S. 1145-1157.
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích