Mutatsioonid on tsütogeneetikute ja biokeemikute jaoks oluline uurimisobjekt. Just geeni- või kromosomaalsed mutatsioonid on kõige sagedamini pärilike haiguste põhjuseks. Looduslikes tingimustes toimub kromosoomide ümberkorraldusi väga harva. Kemikaalidest, bioloogilistest mutageenidest või füüsikalistest teguritest, nagu ioniseeriv kiirgus, põhjustatud mutatsioonid on sageli kaasasündinud väärarengute ja pahaloomuliste kasvajate põhjuseks.
Üldine teave mutatsioonide kohta
Hugh de Vries määratles mutatsiooni kui päriliku tunnuse äkilist muutust. Seda nähtust leidub kõigi elusorganismide genoomis, alates bakteritest kuni inimesteni. Normaalsetes tingimustes esinevad nukleiinhapete mutatsioonid väga harva, sagedusega ligikaudu 1 10–4 – 1 10–10.
Sõltuv alt muutustest mõjutatud geneetilise materjali hulgast jagatakse mutatsioonid genoomseteks, kromosomaalseteks ja geenideks. Genoomsed on seotud kromosoomide arvu muutumisega (monosoomia, trisoomia, tetrasoomia); kromosomaalsed on seotud muutustega indiviidi struktuuriskromosoomid (deletsioonid, dubleerimised, translokatsioonid); geenimutatsioonid mõjutavad ühte geeni. Kui mutatsioon mõjutas ainult ühte nukleotiidide paari, siis on tegemist punktmutatsiooniga.
Sõltuv alt põhjustest, mis neid põhjustasid, eristatakse spontaanseid ja indutseeritud mutatsioone.
Spontaansed mutatsioonid
Sisesmiste tegurite mõjul tekivad organismis spontaansed mutatsioonid. Spontaanseid mutatsioone peetakse normaalseks, need põhjustavad kehale harva tõsiseid tagajärgi. Kõige sagedamini toimuvad sellised ümberkorraldused sama geeni sees, mis on seotud aluste asendamisega – puriin teise puriiniga (üleminek) või puriin pürimidiiniga (transversioon).
Oluliselt harvem tekivad kromosoomides spontaansed mutatsioonid. Kromosomaalseid spontaanseid mutatsioone esindavad tavaliselt translokatsioonid (ühe või mitme geeni ülekandumine ühest kromosoomist teise) ja inversioonid (muutused kromosoomi geenide järjestuses).
Põhjustatud ümberkorraldused
Keharakkudes tekivad kemikaalide, kiirguse või viiruste replikatsioonimaterjali mõjul esile kutsutud mutatsioonid. Sellised mutatsioonid ilmnevad sagedamini kui spontaansed ja neil on tõsisemad tagajärjed. Need mõjutavad üksikuid geene ja geenirühmi, blokeerides üksikute valkude sünteesi. Indutseeritud mutatsioonid mõjutavad genoomi sageli globaalselt, just mutageenide mõjul tekivad rakus ebanormaalsed kromosoomid: isokromosoomid, ringkromosoomid, ditsentrilised.
Mutageenid põhjustavad lisaks kromosoomide ümberkorraldustele DNA kahjustusi: kaheahelalised katkestused,DNA ristsidemete moodustumine.
Keemiliste mutageenide näited
Keemiliste mutageenide hulka kuuluvad nitraadid, nitritid, lämmastikaluse analoogid, dilämmastikhape, pestitsiidid, hüdroksüülamiin ja mõned toidu lisaained.
Lämmastikhape põhjustab aminorühma lõhustamise lämmastikualustest ja asendamise teise rühmaga. See viib punktmutatsioonideni. Hüdroksüülamiin põhjustab ka keemiliselt indutseeritud mutatsioone.
Nitraadid ja nitritid suurtes annustes suurendavad vähiriski. Mõned toidulisandid põhjustavad nukleiinhapete arüülimisreaktsioone, mis põhjustavad transkriptsiooni- ja translatsiooniprotsesside häireid.
Keemilised mutageenid on väga mitmekesised. Sageli põhjustavad need ained kromosoomides indutseeritud mutatsioone.
Füüsilised mutageenid
Füüsikaliste mutageenide hulka kuuluvad ioniseeriv kiirgus, peamiselt lühilainekiirgus ja ultraviolettkiirgus. Ultraviolett käivitab membraanides lipiidide peroksüdatsiooni protsessi, provotseerib erinevate defektide teket DNA-s.
Röntgen- ja gammakiirgus kutsuvad esile mutatsioone kromosoomide tasemel. Sellised rakud ei ole võimelised jagunema, nad surevad apoptoosi käigus. Indutseeritud mutatsioonid võivad mõjutada ka üksikuid geene. Näiteks kasvaja supressorgeenide blokeerimine põhjustab kasvajaid.
Indutseeritud ümberkorralduste näited
Indutseeritud mutatsioonide näideteks on mitmesugused geneetilised haigused, mis avalduvad sagedamini piirkondades, mis on altidkokkupuude füüsikalise või keemilise mutageense faktoriga. Eelkõige on teada, et India Kerala osariigis, kus ioniseeriva kiirguse aastane efektiivdoos ületab normi 10 korda, suureneb Downi sündroomiga (21. kromosoomi trisoomia) laste sünnisagedus. Hiina Yangjiangi rajoonis leiti pinnasest suur kogus radioaktiivset monasiiti. Selle koostises olevad ebastabiilsed elemendid (tseerium, toorium, uraan) lagunevad koos gamma kvantide vabanemisega. Kokkupuude lühilainekiirgusega maakonnas on toonud kaasa nutva kassi sündroomiga (suure 8. kromosoomi lõigu kustutamise) laste sündide arvu, samuti on suurenenud haigestumine vähki. Teine näide: 1987. aasta jaanuaris registreeriti Ukrainas rekordarv Downi sündroomiga laste sünd, mida seostati Tšernobõli avariiga. Raseduse esimesel trimestril on loode kõige tundlikum füüsikaliste ja keemiliste mutageenide mõjude suhtes, seega on kolossaalne kiirgusdoos kaasa toonud kromosoomianomaaliate esinemissageduse suurenemise.
Üks ajaloo kurikuulsamaid keemilisi mutageene on rahusti talidomiid, mida toodeti Saksamaal 1950. aastatel. Selle ravimi võtmine on toonud kaasa paljude erinevate geneetiliste kõrvalekalletega laste sündi.
Teadlased kasutavad tavaliselt indutseeritud mutatsiooni meetodit, et leida parim viis valgu hüpersekretsiooniga seotud autoimmuunhaiguste ja geneetiliste kõrvalekallete vastu võitlemiseks.
