Мутагены и метагенез

Мутаген – соединение химической, биологической или физической природы, способное прямо или косвенно повреждать наследственные структуры клетки.

Мутация – в широком смысле слова внезапно возникающее наследуемое изменение. Другими словами мутация – любое структурное или композиционное изменение в ДНК организма (в последовательности нуклеотидов, хромосом, генома), произошедшее спонтанно или индуцированное мутагенами.

По происхождению мутагены можно разделить на экзогенные (многие факторы внешней среды) и эндогенные (образуются в процессе жизнедеятельности организма).

По природе возникновения различают: физические, химические и биологические мутагены.

К физическим мутагенам относятся:

·         ионизирующие излучения (например, α-, β- и γ-излучения, рентгеновское излучение, нейтроны);

·         радиоактивные элементы (например, радий, радон, изотопы калия, углерода и др.);

·         ультрафиолетовое излучение;

·         чрезмерно высокая или низкая температура.

К химическим мутагенам относятся:

·         сильные окислители или восстановители (например, нитраты, нитриты, активные формы кислорода);

·         алкилирующие агенты (например, иодацетамид);

·         пестициды (например, гербициды, фунгициды);

·         некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды , цикламаты);

·         продукты переработки нефти;

·         органические растворители;

·         лекарственные препараты (например, цитостатики, ртуть- содержащие средства, иммунодепрессанты) и другие химические соединения.

К биологическим мутагенам относятся:

·     некоторые вирусы (например, кори, краснухи, гриппа);

·     продукты обмена веществ (например, продукты липопероксидации);

·     антигены некоторых микробов и паразитов.

К самым широко распространенным мутагенам, с которыми человек непосредственно контактирует в своей повседневной жизни относятся: пестициды, обладающие исключительно высокой стойкостью к химическому и биологическому разложению, минеральные и органические удобрения, являющиеся основными поставщиками в окружающую среду нитросоединений – мутагенных и канцерогенных окислов азота, нитратов, нитритов, нитрозаминов и др. К широко используемым веществам с выявленными мутагенными свойствами относится полихлорбифенил, применяющийся в качестве пластификатора, наполнителя, компонента смол, резин, типографских красок, текстильных красителей.

Существенным источником мутагенов в окружающей среде являются промышленные отходы и всевозможные открытые технологические процессы, подвергающие человека действию различных высокореактивных соединений, в частности алкилирующих. Этому классу соединений характерна высокая реакционная способность, а механизм действия заключается во введении в азотистые основания молекул ДНК метиловых, этиловых и др. радикалов. Именно в этом классе соединений обнаружены вещества, обладающие огромной мутагенной силой и относительно не влияющие на жизнеспособность организмов и клеток, названные И.А. Рапопортом супермутагенами. Для создания различных типов аэрозолей, изготовления пластмассовых упаковок, изоляционного материала широко используется винилхлорид, обладающий мутагенными и канцерогенными свойствами.

Источником мутагенных соединений являются и некоторые пищевые продукты. Так, при консервировании используются такие мутагены, как формалин, гексаметилентетралин, ванилин, нитрат калия, нитрат натрия и др. И хотя сильных мутагенов в пищевых продуктах не выявлено, проблема заключается в оценке суммарного эффекта от соединений, обладающих слабой и средней мутагенной активностью. Определить малую мутагенную активность трудно, к тому же целый ряд веществ, обладающих мутагенной активностью издавна присутствует в среде (например, кофеин, танин) и запретить их использование невозможно.

События, приводящие к возникновению мутаций, называют мутационным процессом (мутагенезом). Различают спонтанный и индуцированный мутагенез. Разделение мутационного процесса на спонтанный и индуцированный в определенной степени условно.

Индуцированные мутации — это мутации, вызванные направленным воздействием факторов внешней или внутренней средыю. Индуцированный мутационный процесс может быть контролируемым (например, в эксперименте с целью изучения механизмов действия и/или их последствий) и неконтролируемым (например, в результате облучения при выбросе радиоактивных элементов в среду обитания).

Спонтанные мутации возникают самопроизвольно, в ходе естественного метаболизма клеток и организма без видимого дополнительного воздействия на организм внешних факторов. Спонтанные мутации могут возникать, например, в результате действия химических соединений, образующихся в процессе метаболизма; воздействия естественного фона радиации или УФ-излучения; ошибок репликации и т.д.

Спонтанные мутации (само название говорит за себя) будут возникать даже в том случае, если удастся исключить влияние факторов внешней среды.

Существуют две основные гипотезы, объясняющие происхождение спонтанных мутаций. Первая утверждает, что в системе генотипа, как и во всякой системе, заложена возможность ошибки. Вторая гипотеза объясняет возникновение спонтанных мутаций как стремление популяции к высокой степени генетической изменчивости, и как следствие этого разнообразия.

Опять мы возвращаемся к понятиям разнообразия и изменчивости популяции, и, по праву, возникает вопрос: «Зачем (для чего) такое разнообразие индивидов в человеческой популяции, если наследственная патология является результатом наследственной изменчивости?». Отрицательный эффект наследственной патологии очевиден и проявляется повышенной летальностью (гибель гамет, зигот, эмбрионов и детей), снижением фертильности (уменьшенное воспроизводство потомства), уменьшением продолжительности жизни, социальной дезадаптацией и инвалидизацией, а также обуславливает повышенную необходимость в медицинской помощи.

По данным Всемирной организации здравоохранения генетические факт обуславливают:

80%  интеллектуальной недостаточности;

70%   врожденной слепоты;

50%  врожденной глухоты;

40–50%  спонтанных абортов и выкидышей;

20–30%  младенческой смертности.

Первым ответ был предложен английским генетиком Дж. Холдейном, который предположил, что высокая степень генетической изменчивости, необходима биологическому виду для того, чтобы иметь возможность приспосабливаться к меняющимся условиям среды. У человека, как и у любого другого биологического вида, нет резкой границы между наследственной изменчивостью, ведущей к нормальным вариациям признаков, и наследственной изменчивостью, обуславливающей возникновение наследственных болезней.

Таким образом, продолжая мысль Дж. Холдейна, мы можем утверждать, чем популяция разнообразней, тем она стабильнее и у нее больше шансов выжить и адаптироваться даже к экстремальным условиям среды. Следовательно, люди с особенностями психофизического развития являются необходимой постоянной составной частью разнообразной человеческой популяции, как и все остальные обеспечивающие ее стабильность.