Mutageneesi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 18. huhtikuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 9 muokkausta .

Mutageneesi  on prosessi, jossa DNA:n nukleotidisekvenssiä muutetaan , mikä johtaa mutaatioihin . On olemassa luonnollinen (spontaani) ja keinotekoinen (indusoitu) mutageneesi.

Luonnollinen mutageneesi

Luonnollinen tai spontaani mutageneesi tapahtuu altistumisesta elävien organismien geneettiselle materiaalille mutageenisille ympäristötekijöille, kuten ultraviolettisäteilylle , säteilylle , kemiallisille mutageeneille.

De Vriesin ja Korzhinskyn mutaatioteoria

Mutaatioteoria on yksi genetiikan perusteista. Se sai alkunsa pian sen jälkeen , kun T. Morgan löysi uudelleen Mendelin lait 1900-luvun alussa. Sen voidaan katsoa syntyneen lähes samanaikaisesti hollantilaisen Hugo De Vriesin [1] (1903) ja venäläisen kasvitieteilijän Sergei Korzhinskyn [2] (1899) mielissä. Ensisijaisuus alkuperäisten määräysten ensisijaisuudessa ja suuremmassa yhteensattumisessa kuuluu kuitenkin venäläiselle tiedemiehelle [3] . Pääasiallisen evolutionaarisen merkityksen tunnustaminen diskreetille vaihtelulle ja luonnollisen valinnan roolin kieltäminen Korzhinskyn ja De Vriesin teorioissa yhdistettiin Charles Darwinin evoluutioopetuksessa vallitsevan ristiriidan ratkaisemattomuuteen tuolloin tärkeän roolin välillä. pienet poikkeamat ja niiden "absorptio" ylitysten aikana (katso Jenkinin painajainen ).

Korzhinsky-De Vriesin mutaatioteorian pääsäännökset voidaan supistaa seuraaviin kohtiin [4] :

  1. Mutaatiot ovat äkillisiä, kuten erillisiä muutoksia piirteissä
  2. Uudet muodot ovat kestäviä
  3. Toisin kuin perinnölliset muutokset, mutaatiot eivät muodosta jatkuvia sarjoja, ne eivät ryhmittele minkään keskimääräisen tyypin ympärille. Ne edustavat laadullisia muutosharppauksia.
  4. Mutaatiot ilmenevät eri tavoin ja voivat olla sekä hyödyllisiä että haitallisia.
  5. Mutaatioiden havaitsemisen todennäköisyys riippuu tutkittujen yksilöiden määrästä
  6. Samanlaisia ​​mutaatioita voi esiintyä useammin kuin kerran

Mutageneesin mekanismit

Mutaatioon (kromosomissa) johtavien tapahtumien järjestys on seuraava: DNA-vaurio tapahtuu (jos DNA-vauriota ei ole korjattu oikein, se mutatoituu); jos vaurio tapahtui merkityksettömässä ( introni ) DNA-fragmentissa tai jos vaurio tapahtui merkittävässä fragmentissa ( eksonissa ) ja geneettisen koodin rappeutumisesta johtuen rikkomusta ei tapahtunut, muodostuu mutaatioita, mutta niiden biologiset seuraukset ovat merkityksettömiä tai ei ehkä näy.

Genomitason mutageneesi voi liittyä myös inversioihin, deleetioihin, translokaatioihin, polyploidiaan ja aneuploidiaan, joidenkin kromosomien kaksinkertaistumiseen, kolminkertaistumiseen (monikertaistumiseen) jne.

Tällä hetkellä on olemassa useita lähestymistapoja, joilla selitetään pistemutaatioiden muodostumisen luonnetta ja mekanismeja. Yleisesti hyväksytyssä polymeraasimallissa uskotaan, että ainoa syy emässubstituutiomutaatioiden muodostumiseen on satunnaiset virheet DNA-polymeraasissa . Tällä hetkellä tämä näkökulma on yleisesti hyväksytty [5] .

James Watson ja Francis Crick ehdottivat tautomeeristä mallia spontaanille mutageneesille [6] . He selittivät spontaanin emässubstituutiomutaatioiden ilmaantumisen sillä, että kun DNA-molekyyli joutuu kosketuksiin vesimolekyylien kanssa, DNA-emästen tautomeeriset tilat voivat muuttua.

Emässubstituutiomutaatioiden muodostuminen selitettiin Hoogsteen-parien muodostumisella [7] . Oletetaan, että yksi syistä emässubstituutiomutaatioiden muodostumiseen on 5-metyylisytosiinin deaminaatio [8] .

Pistemutaatiot

Pistemutaatio tai yhden emäksen substituutio on eräänlainen mutaatio DNA:ssa tai RNA :ssa , jolle on tunnusomaista yhden typpipitoisen emäksen korvaaminen toisella. Termiä sovelletaan myös parillisiin nukleotidisubstituutioihin. Termi pistemutaatio sisältää myös yhden tai useamman nukleotidin insertiot ja deleetiot.

Kromosomimutaatiot

  1. Käännökset
  2. Vastavuoroiset translokaatiot
  3. Poistot
  4. Päällekkäisyydet ja insertiotranslokaatiot

Genomimutaatiot

  1. Aneuploidia
  2. polyploidia

Ydin- ja sytoplasmiset mutaatiot

Keinotekoinen mutageneesi

Keinotekoista mutageneesiä käytetään laajalti proteiinien tutkimiseen ja niiden ominaisuuksien parantamiseen ( directed evolution  (englanniksi) ).

Ei-kohdennettu mutageneesi

Suuntaamattoman mutageneesin menetelmällä DNA-sekvenssiin tehdään muutoksia tietyllä todennäköisyydellä. Mutageeniset tekijät (mutageenit) voivat olla erilaisia ​​kemiallisia ja fysikaalisia vaikutuksia - mutageeniset aineet, ultravioletti , säteily . Mutanttiorganismien hankinnan jälkeen suoritetaan mutageneesin tavoitteet täyttävien organismien tunnistaminen (seulonta) ja valinta. Ei-kohdennettu mutageneesi on työläämpää ja sen toteuttaminen on perusteltua, jos kehitetään tehokas mutanttiseulontajärjestelmä.

Ohjattu mutageneesi

Kohdennettu mutageneesi DNA:ssa tehdään muutoksia ennalta määrättyyn kohtaan ( DNA:n sitomiskohta ). Tätä varten syntetisoidaan lyhyitä yksijuosteisia DNA-molekyylejä ( alukkeita ) , jotka ovat komplementaarisia kohde-DNA:n kanssa mutaatiokohtaa lukuun ottamatta.

Mutagenees Kunkelin mukaan

Bakteeriplasmidille (ektrakromosomaaliselle pyöreälle DNA:lle) saadaan uridiinitemplaatti, eli sama molekyyli, jossa tymiinin tähteet on korvattu urasiililla . Aluke pariutetaan matriisiin, se valmistuu in vitro polymeraasin avulla uridiinimatriisille komplementaariseksi pyöreäksi DNA:ksi. Bakteerisolut transformoidaan kaksijuosteisella hybridi-DNA:lla, solun sisällä uridiinimatriisi tuhoutuu vieraana ja toinen juoste valmistuu mutantin yksijuosteisen pyöreän DNA:n päälle. Tämän mutageneesimenetelmän tehokkuus on alle 100 %.

Mutagenees PCR:llä

Polymeraasiketjureaktio mahdollistaa kohdennetun mutageneesin käyttämällä mutaation sisältävää alukeparia sekä satunnaisen mutageneesin. Jälkimmäisessä tapauksessa polymeraasi lisää virheitä DNA-sekvenssiin olosuhteissa, jotka vähentävät sen spesifisyyttä.

Mutageeniset aineet

Mutaatioita aiheuttavia tekijöitä ovat fyysiset (esim. säteilyaltistus) ja kemialliset (ksenobiootit jne.).

Tehokkaimpia mutageeneja ovat etyleeniamiini ja sen johdannaiset. Etyleeniamiinin kemiallinen mutageneesi liittyy sen molekyylin hyökkäykseen deoksiribonukleiinihapon 1 pyrimidiiniprekursoria vastaan . Aziridiini, kuten zookumariini, tunkeutuu helposti ihon läpi.

Katso myös


Muistiinpanot

  1. ↑ Perunat G. de, Valittu. tuotanto, trans. [ranskasta], M., 1932
  2. ↑ Korzhinsky S., Heterogeneesi ja evoluutio. Lajien alkuperäteoriasta, Pietari, 1899 (Tiedeakatemian muistiinpanot. Sarja 8. Fysiikan ja matematiikan laitos, osa 9, nro 2)
  3. ↑ Mutaatioteoria // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia  : [30 nidettä]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
  4. ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genetiikka ja valinnan perusteet. M.: Korkeakoulu. 1989. 591 s.
  5. ↑ Pham P., Bertram J. G., O'Donnell M., Woodgate R., Goodman MF Malli SOS-leesion kohdennetuille mutaatioille Escherichia colissa // Nature. - 2001. - 408. - s. 366-370.
  6. ↑ Watson JD, Crick FHC DNA:n rakenne // Cold Spring Harbor Symp. määrä. Biol. - 1953. - 18. - s. 123-131.
  7. ↑ Poltev V.I., Shulyupina N.V., Bruskov V.I. Nukleiinihappojen oikean biosynteesin molekyylimekanismit. Tietokonetutkimus polymeraasien roolista epäsäännöllisten parien muodostumisessa modifioiduilla emäksillä // Molek. biol. - 1996. - 30. - S. 1284-1298.
  8. ↑ Cannistraro VJ, Taylor JS 5-metyylisytosiinin deaminaatiokiihtyvyys syklobutaanidimeereissä G:llä ja sen vaikutukset UV-indusoituihin C-to-T-mutaatiopisteisiin // J. Mol. Biol. - 2009. - 392. - P. 1145-1157.
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa