Генеративные мутации

Генерати́вные мутáции — мутации, возникающие в половых клетках (гаметах) и наследующиеся в ходе полового размножения.

В основе деления мутаций лежит степень изменения наследственного аппарата — выделяются генные, хромосомные и геномные мутации.

Определения и описание

Изучением мутаций первоочерёдно занимается наука «генетика». Она изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов. Впервые мутационную теорию изменчивости, сыгравшую впоследствии существенную роль в развитии генетики, выдвинул голландский учёный Хуго де Фриз в начале ХХ века — в 1901—1903 гг.

Мутацию, или мутационную изменчивость можно определить как явление устойчивого изменения генетического аппарата, которое возникает внезапно и меняет определённые наследственные черты организма.

Учёный Хуго де Фриз высказывал следующие положения:

• возникновение мутаций носит внезапный характер;
• мутационные изменения устойчивы и могут передаваться по наследству;
• мутации не являются направленными и не носят приспособительный характер. Ввиду этого, они могут быть вредными, нейтральными или полезными для организма;
• одни и те же мутации возникают неоднократно;
• мутации представляют собой универсальное свойство любого живого организма.

Важно, что мутации способны возникать в любой период жизни организма и в любых его клетках, вызывая различные изменения в генетическом аппарате и фенотипе.

Все мутации делятся на две группы: соматические и генеративные.

Соматические мутации — это мутации, возникающие в неполовых или соматических клетках организма. Они проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Соответственно, могут передаваться потомству, только если организм способен размножаться бесполым путём — к примеру, для растений, у которых из соматических клеток впоследствии развивается почка, которая затем дает цветок, соматические мутации будут иметь существенное влияние.

Генеративные мутации — это мутации, возникающие в половых клетках (гаметах), которые обязательно передаются по наследству при половом размножении. Они не влияют на признаки данного организма, в котором возникли, а проявляются уже в следующих поколениях (необязательно в первом поколении — могут быть у внуков, правнуков).

Виды генеративных мутаций

В основе деления мутаций лежит степень изменения наследственного аппарата. Соответственно, выделяются генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации

Генные, или точечные мутации — это мутации, возникающие вследствие изменения гена, то есть структуры молекулы ДНК. При нарушении репликации может произойти изменение последовательности нуклеотидов на каком-либо участке ДНК — например, замена/вставка/выпадение нуклеотида.

При замене нуклеотида мутация может не привести к изменению структуры белка, а может изменить порядок аминокислот в его молекуле и, тем самым, привести к фенотипическим последствиям.

При вставке или выпадении нуклеотидов происходит сдвиг рамки считывания в рибосоме, и изменяется последовательность аминокислот. Происходит синтез белка, который отличается своей первичной структурой от исходного, и может произойти существенное изменение фенотипа.

Какие болезни вызывают

Генные мутации приводят к таким наследственным заболеваниям, как фенилкетонурия, альбинизм, муковисцидоз, болезнь Гоше, подагра (первичная), гемофилия, дальтонизм и др.

Хромосомные мутации

Хромосомные мутации обусловлены изменениями, касающимися участками внутри одной хромосомы. Это могут быть:

• утрата (нехватка) — потеря хромосомой своей концевой части;
• делеция — выпадение участка средней части хромосомы;
• дупликация — удвоение фрагмента хромосомы;
• инверсия — поворот участка хромосомы на 180 ℃;
• транслокация — перенос участка одной хромосомы на другую.

Чаще всего хромосомные мутации возникают при нарушении деления клетки. Самые опасные с точки зрения последствий для организма — утрата и делеция, поскольку может быть потеряна информация о жизненно важном белке.

Хромосомные мутации могут быть обнаружены при помощи микроскопа, что часто используется в ходе генетических исследований для диагностики наследственных заболеваний.

Какие болезни вызывают

Пример заболевания — синдром «кошачьего крика». Также вызывают некоторые заболевания крови, снижение жизнеспособности организма и т.д.

Геномные мутации

Геномные мутации — это мутации, обусловленные изменением числа хромосом в кариотипе организма. Выделяются полиплоидия и анеуплоидия (гетероплоидия).

Полиплоидия подразумевает под собой кратное увеличение гаплоидного набора хромосом.

Впервые была обнаружена в 60-х годах ХХ века. Возникает при нарушении расхождения хромосом при митозе и мейозе. В результате этого хромосомный набор клетки становится триплоидным, тетраплоидным, гексаплоидным и т. д. Полиплоидия более характерна для человека, тогда как среди животных встречается крайне редко. При этом часто полиплоидия целенаправленно используется в селекции растений.

Кариотип человека с XYY-синдромом (пример анеуплоидии)

Анеуплоидия (гетероплоидия) — это некратное изменение числа хромосом.

Анеуплоидия часто приводит к смерти ещё на ранних этапах развития зародыша. Причиной таких последствий является утрата целой группы сцепления генов в кариотипе.

Может быть обусловлена избытком или недостатком одной или нескольких хромосом. Причина гетероплоидии — нарушение расхождения гомологичных хромосом при мейозе. Различаются такие формы анеуплоидии: трисомия, моносомия, нуллисомия.

Какие болезни вызывают

Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом, — одни из самых серьёзных. Среди часто встречающихся:синдромы Дауна, Эдвардса, Патау, Шерешевского-Тёрнера, Клайнфельтера и др.

Медицинская генетика о рисках

Зарождение эмбриона с хромосомным дисбалансом может быть вызвано наличием сбалансированных структурных хромосомных перестроек у родителей, при которых закономерно нарушается ход гаметогенеза, формируются аномальные гаметы, участие которых в процессе оплодотворения и определяет наличие генетической патологии у зародившегося организма. При этом риск появления мутации присутствует и у родителей, не относящихся к группе риска, без отягощённой наследственности.

Однако генетическая мутация может произойти как у будущих родителей, так и у самого эмбриона. Практика медико-генетического консультирования показывает, что в супружеских парах с нарушенной репродуктивной функцией (НРФ) наличие хромосомных аберраций у одного из супругов определяется не чаще чем у 5—7 % пар. Чаще всего у супругов с нарушенным деторождением при цитогенетическом обследовании диагностируется нормальный кариотип — соответственно, можно заключить, что хромосомный дисбаланс эмбриона связан со случайными геномными или хромосомными мутациями, возникающими в ходе гаметогенеза у родителей.

К факторам риска возникновения мутаций относят:

• возраст родителей (в первую очередь);
• воспалительные процессы в организме;
• использование определенных групп лекарственных препаратов;
• присутствие в генотипах супругов негативных полиморфизмов по ряду групп генов, в частности фолатного цикла и др.

См. также

• Мутация
• Мутагенез
• Повреждение ДНК
• Генетика
• Наследственные заболевания

Литература

• Исянгулова А. З., Гордиев М. Г. Молекулярный профиль нейроэндокринных опухолей // Злокачественные опухоли. 2022. № 3S1. 9-16.
• Фетисова И. Н., Малышкина А. И., Бойко Е. Л., Семененко С. С., Фетисов Н. С., Савельева Е. В., Кручинин А. А., Чериков В.C. Результаты преимплантационного генетического тестирования эмбрионов у пациенток позднего репродуктивного возраста // Вестник ИвГМА. 2019. № 2. 36-38.
• Рябчиков Д. А., Дудина И. А., Воротников И. К., Денчик Д. А., Шушарин А. С., Абдуллаева Э. И. Возможности применения генетических и сывороточных онкомаркеров при ранней диагностике рака молочной железы // Российский биотерапевтический журнал. 2018. № 1. 14-22.
• Фетисова И. Н., Малышкина А. И., Семененко С. С., Бойко Е. Л., Полумискова Е. В., Фетисов Н. С. Преимплантационная генетическая диагностика эмбрионов в программе экстракорпорального оплодотворения как способ профилактики наследственной патологии // Вестник ИвГМА. 2018. № 3. 10-13.
• Федорова Д. В. Современные аспекты диагностики и лечения патологии гемостаза на основе опыта французского центра // РЖДГиО. 2017. № 1. 77-80.
• Ворохобина Н. В., Шафигуллина З. Р., Мациевский Н. А. По итогам международной научно-практической конференции «Опухоли надпочечников: современные достижения в диагностике и лечении» // Пробл. эндокр.. 2014. № 5. 69-71.

Ссылки

• Генеративные и соматические мутации. Теоретический материал
• Мутация как биологическое явление: виды и причины мутационной изменчивости
• Мутации ДНК — генные, хромосомные, геномные | делеция, транслокация, инверсия. Видеопрезентация
• Типы мутаций. Видеолекция Б. Смайлова

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Генеративные мутации», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Генеративные_мутации» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».