37. Mutace

Jeden ze zdánlivých rozporů moderní biologie:
Pro přežití druhu (populace) z pohledu tisíciletí je nutné, aby docházelo ke změnám genetické informace (evoluce).
Přežití v krátkodobém pojetí (jedinec) je zcela závislé na tom, aby k žádným změnám genetického materiálu nedocházelo.
Z hlediska neúprosných zákonů fyziky a kvantové chemie musí docházet k náhodným změnám (viz Schrödingerova rovnice a princip neurčitosti).
Prostý termický pohyb atomů má za následek, že denně se u DNA člověka uvolní 5000 purinových bází – mutace probíhají neustále v každém z nás!!!
Velmi často se vyskytuje také spontánní deaminace cytosinu na uracil.
Depurinace uvolní guanin nebo adenin z DNA.
Častá je i tvorba thyminových dimerů po působení UV světla.

Mutace = náhlá dědičná změna genetické informace
1) Bodové mutace – bez ztráty nebo zisku DNA
2) Délkové mutace – mutace spojené se změnou množství DNA

Bodové mutace
Substituce
Tranzice: A --- G nebo C --- T
Transverze: A či G --- C či T
Transpozice – změna pořadí nukleotidů
Inverze – výměna nukleotidů mezi vlákny DNA

Délkové mutace
V různém rozsahu: nukleotidy – chromosom – sada chromosomů
Inzerce – včlenění nukleotidů
Delece – ztráta nukleotidů
Duplikace – zdvojení úseku DNA
Může dojít k posunu čtecího rámce
Amplifikace nukleotidových tandem repeats

Dělení mutací:
Mis – sense mutace (70%): záměna jedné aminokyseliny, biologický dopad může být nepatrný i velmi významný
Same – sense mutace (25%): pozitivní důsledek degenerovaného kódu (mimo met a try), třetí base u gly, ala, val, thr, pro, nenese informaci
Non – sense mutace (5%) – terminační, změny pořadí exonů

Jiné dělení mutací:
Zpětné mutace, posunové mutace = mutace s posunem čtecího rámce, somatických buněk x zárodečných buněk, spontánní mutace, indukované mutace tj. vyvolané mutagenními faktory

Pleiotropní účinek mutací
Jedna změna v DNA vede k mnoha různým fenotypovým (klinickým) projevům.
Prakticky všechny mutace mají pleiotropní účinek

Srpkovitá anemie – změna jedné baze v DNA vede k záměně jedné aminokyseliny (místo kys. Glutamové je valin) – to má za následek změnu hemoglobinu – a mnoho desítek klinických příznaků: anemie, poruchy vývoje, obstrukce krevního zásobování, infarkty, splenomegalie, selhání ledvin, paralysa, atd.

Spontánní frekvence mutací
Zjistit spontánní frekvenci mutací je velmi obtížné, v principu by to bylo možné získat porovnáním složení bílkovin u různě starých fosílií.
Problém je v tom, že většina mutací se projeví omezením důležitých funkcí a takový organismus zahyne v důsledku selekčního tlaku.
Existují proteiny pro které neplatí selekční tlak – tyto proteiny nemají v buňkách žádnou funkci, a tak je jedno, zda jsou mutované, příkladem takových proteinů je fibrinopeptid – tj. 20 AK dlouhý fragment, který se uvolní z fibrinogenu během jeho aktivace na fibrin při srážení krve.
Bylo zjištěno, že k mutaci dochází u tohoto proteinu jednou za 200 000let.

Přímá rychlost mutací se dá také sledovat ve velkých populacích buněk pěstovaných in vitro.
V tomto případě dochází k jedné spontánní mutaci při replikaci miliardy replikovaných bází – u člověka by to znamenalo asi 3 mutace při jedné replikaci DNA.

Chemické mutageny: na oficiálním seznamu National Institue of Environmental Health Science je 246 ‘‘prokázaných‘‘ lidských karcinogenů:
58 jako prokázané lidské karcinogeny
188 jako pravděpodobné lidské karcinogeny

Nově prokázané karcinogeny: olovo, x záření, gamma záření, látky v grilovaném mase, textilní barviva, papillomaviry a viry hepatitidy B a C

Prokázané humánní karcinogenní látky:
1) steroidní hormony – užití při hormonální substituční terapii, kontraceptiva. Zvýšené riziko karcinomu endometria, v případě orálních kontraceptiv možné spojení za zvýšením rizika karcinomu prsu, ale snížením rizika karcinomu ovaria.
2) Ultrafialové záření – rakovina rtu, kůže a maligní melanom sítnice
3) Dřevěný prach – rakovina nosních a paranazálních dutin
4) Nikl – rakovina plic a nosní dutiny
5) Berylium – rakovina plic

Vysoce pravděpodobné karcinogeny:
Např: vinyl bromid (fluorid), barviva, jež se metabolizují na 3,3‘-dimethoxybenzidin; styren, methyleugenol, atd…

Fyzikální mutageny:
- ionizující záření (radioizotopy, RTG záření, atd.)
- UV Světlo
- Mikrovlnné záření

Testy na zjištování mutagenity:
Amesův test – sledování počtu zpětných mutací u Salmonela typhimurium (His-) v mediu bez histidinu… Vlivem zpětné mutace získají bakterie schopnost růstu. Hodnotí se počet kolonií. Je to nejběžnější test na mutagenitu, provedení trvá pouze 2 dny.

Testy mutagenity u savčích bb.:
- Indukce zpětných mutací u buněk pěstovaných in vitro (HGPRT)
- Chromosomé aberace
- Mikronukleus test
- SCE – výměna sesterských chromatid inkorporace 5 – bromdeoxyuracilu --- Harlekýnské chromozomy