מוטציות הן מושא מחקר חשוב עבור ציטוגנטיקאים וביוכימאים. מוטציות, גן או כרומוזומליות, הן לרוב הגורם למחלות תורשתיות. בתנאים טבעיים, סידורים כרומוזומליים מתרחשים לעתים רחוקות מאוד. מוטציות הנגרמות על ידי כימיקלים, מוטגנים ביולוגיים או גורמים פיזיקליים כגון קרינה מייננת הן לרוב הגורם למומים מולדים וממאירות.
מידע כללי על מוטציות
יו דה פריס הגדיר מוטציה כשינוי פתאומי בתכונה תורשתית. תופעה זו מצויה בגנום של כל היצורים החיים, מחיידקים ועד בני אדם. בתנאים רגילים, מוטציות בחומצות גרעין מתרחשות לעתים רחוקות מאוד, בשכיחות של כ-1 10–4 – 1 10–10.
בהתאם לכמות החומר הגנטי המושפע מהשינויים, המוטציות מחולקות לגנומיות, כרומוזומליות וגנים. הגנומיות קשורות לשינוי במספר הכרומוזומים (מונוזומיה, טריזומיה, טטרזומיה); כרומוזומליים קשורים לשינוי במבנה הפרטכרומוזומים (מחיקות, כפילויות, טרנסלוקציות); מוטציות גנים משפיעות על גן בודד. אם המוטציה השפיעה רק על זוג אחד של נוקלאוטידים, אז זו מוטציה נקודתית.
בהתאם לסיבות שגרמו להן, מובדלות מוטציות ספונטניות ומושרות.
מוטציות ספונטניות
מוטציות ספונטניות מתרחשות בגוף בהשפעת גורמים פנימיים. מוטציות ספונטניות נחשבות נורמליות, לעתים נדירות הן מובילות להשלכות חמורות על הגוף. לרוב, סידורים מחדש כאלה מתרחשים בתוך אותו גן, הקשורים להחלפת בסיסים - פורין עבור פורין אחר (מעבר), או פורין עבור פירמידין (התרה).
מוטציות ספונטניות בתדירות נמוכה יותר באופן משמעותי מתרחשות בכרומוזומים. מוטציות ספונטניות כרומוזומליות מיוצגות בדרך כלל על ידי טרנסלוקציות (העברה של גן אחד או יותר מכרומוזום אחד לאחר) והיפוכים (שינויים ברצף הגנים בכרומוזום).
סידורים מחדש שנגרמו
מוטציות המושרות מתרחשות בתאי הגוף בהשפעת כימיקלים, קרינה או חומר שכפול של וירוסים. מוטציות כאלה מופיעות לעתים קרובות יותר מאשר ספונטניות ויש להן השלכות חמורות יותר. הם משפיעים על גנים בודדים וקבוצות של גנים, וחוסמים את הסינתזה של חלבונים בודדים. מוטציות המושרות לרוב משפיעות באופן גלובלי על הגנום, תחת השפעת מוטגנים מופיעים כרומוזומים לא תקינים בתא: איזוכרומוזומים, כרומוזומים טבעתיים, דיצנטריות.
מוטגנים, בנוסף לסידורים מחדש כרומוזומליים, גורמים נזק ל-DNA: שבירות כפולות,היווצרות של קישורי DNA צולבים.
דוגמאות למוטגנים כימיים
מוטגנים כימיים כוללים חנקות, ניטריטים, אנלוגים לבסיס חנקן, חומצה חנקתית, חומרי הדברה, הידרוקסילאמין, כמה תוספי מזון.
חומצה חנקנית גורמת לביקוע קבוצת האמינו מבסיסים חנקניים ולהחלפתה בקבוצה אחרת. זה מוביל למוטציות נקודתיות. הידרוקסילאמין גורם גם למוטציות הנגרמות על ידי כימיקלים.
ניטרטים וניטריטים במינונים גבוהים מעלים את הסיכון לסרטן. חלק מתוספי התזונה גורמים לתגובות אריאלציה של חומצות גרעין, מה שמוביל לשיבוש תהליכי שעתוק ותרגום.
מוטגנים כימיים מגוונים מאוד. לעתים קרובות החומרים הללו הם שגורמים למוטציות המושרות בכרומוזומים.
מוטגנים פיזיים
מוטגנים פיזיים כוללים קרינה מייננת, בעיקר גל קצר ואולטרה סגול. אולטרה סגול מתחיל תהליך של חמצון שומנים בממברנות, מעורר היווצרות של פגמים שונים ב-DNA.
קרינת רנטגן וקרינת גמא מעוררת מוטציות ברמת הכרומוזומים. תאים כאלה אינם מסוגלים להתחלק, הם מתים במהלך אפופטוזיס. מוטציות המושרות יכולות להשפיע גם על גנים בודדים. לדוגמה, חסימת גנים מדכאי גידולים מובילה לגידולים.
דוגמאות לסידורים מחדש שמקורם
דוגמאות למוטציות המושרות הן מחלות גנטיות שונות, המתבטאות לעתים קרובות יותר באזורים המועדים לחשיפה לגורם מוטגני פיזי או כימי. ידוע, במיוחד, שבמדינת קראלה ההודית, שבה המינון האפקטיבי השנתי של קרינה מייננת עולה על הנורמה פי 10, גדלה תדירות הלידה של ילדים עם תסמונת דאון (טריזומיה בכרומוזום ה-21). במחוז יאנג-ג'יאנג הסיני נמצאה כמות גדולה של מונזיט רדיואקטיבי באדמה. יסודות לא יציבים בהרכבו (צריום, תוריום, אורניום) מתפוררים עם שחרור גמא קוונטה. חשיפה לקרינת גלים קצרים במחוז הובילה למספר רב של לידות של ילדים עם תסמונת החתול בוכה (מחיקת חלק גדול מהכרומוזום ה-8), וכן לעלייה בשכיחות הסרטן. דוגמה נוספת: בינואר 1987 נרשם באוקראינה מספר שיא של לידות של ילדים עם תסמונת דאון, הקשורים לתאונת צ'רנוביל. בשליש הראשון של ההריון, העובר רגיש ביותר להשפעות של מוטגנים פיזיקליים וכימיים, ולכן מינון עצום של קרינה הוביל לעלייה בתדירות החריגות בכרומוזומים.
אחד המוטגנים הכימיים הידועים לשמצה בהיסטוריה הוא חומר ההרגעה תלידומיד, שיוצר בגרמניה בשנות ה-50. נטילת תרופה זו הובילה ללידתם של ילדים רבים עם מגוון רחב של מומים גנטיים.
שיטת המוטציה המושרה משמשת בדרך כלל על ידי מדענים כדי למצוא את הדרך הטובה ביותר להילחם במחלות אוטואימוניות וחריגות גנטיות הקשורות להפרשת יתר של חלבון.
