Genetické mutácie

Genetické mutácie
 
Úvod
Genetické mutácie sa v dnešnej dobe čo raz vo väčšej miere vyskytujú medzi nami. Ide o náhle zmeny na úrovni genetického materiálu, ktoré sa prejavujú v zmene primárnej štruktúry nukleovej kyseliny. Organizmus si mutácie nevyberá, vznikajú náhodne. Aj napriek veľkému výskytu  mutácií vo svete, ľudia majú málo informácií, a tak vznikajú rôzne predsudky napr. pred ľuďmi postihnutými chorobami spôsobenými práve rôznymi druhmi mutácii.
Cieľom mojej práce je súhrn poznatkov o genetických mutáciach, možnosť dozvedieť sa niečo nové v danej oblasti a zopakovanie základných vedomostí o tejto problematike.
 
1 Všeobecná charakteristika
Mutácie predstavujú náhle zmeny na úrovni genetického materiálu (DNA alebo RNA u RNA-vírusov), ktoré sa prejavujú v zmene primárnej štruktúry nukleovej kyseliny, tzn. zmene v sekvencii nukleotidov. Vždy súvisia so zmenou genotypu, ale nemusia sa aj fenotypovo prejaviť. Organizmus si mutácie nevyberá, vznikajú náhodne. Nie sú teda výsledkom adaptácie organizmu na pôsobenie prostredia. Ak vzniknú mutácie počas tvorby pohlavných buniek, sú schopné sa preniesť do nasledujúcej generácie. Ak vzniknú v hociktorej inej bunke tela, väčšinou sú dôsledkom poškodenia, ktoré bunku odsúdi na zánik. Len výnimočne takéto zmutované bunky prežijú a môžu predstavovať nebezpečenstvo pre celý organizmus v podobe vzniku rakoviny.

Mutácie sú napriek tomu mimoriadne dôležité, pretože sú zdrojom premenlivosti (variability) medzi organizmami, ktoré vznikajú síce s nízkou frekvenciou, ale predstavujú jediný zdroj pre evolučný proces, ktorý nové mutácie prostredníctvom prírodného výberu v genofonde ponechá a tie sa rozšíria do ďalších generácií, alebo sú nositelia škodlivých mutácií neschopní prežiť či priniesť na svet svoje potomstvo. Mutácie preto chápeme ako významný biologický proces, ktorý sprevádza vývoj a je základom vzniku nových druhov v prírode.

Mutácie prebiehajúce za život organizmu sú do veľkej miery eliminované pôsobením enzýmov, ktoré sú na to určené. Bez týchto enzýmov by hromadenie mutácií mohlo spôsobiť smrť organizmu v pomerne skorom čase. Napriek tomu niektoré mutácie môžu byť prehliadnuté a prechádzať do ďalších generácií prostredníctvom mutovaných pohlavných buniek. Mutovaný gén je taký, ktorý na rozdiel od pôvodného génu nesie zmenenú sekvenciu nukleotidov. Pôvodný gén sa označuje z angličtiny termínom wild-type (divý typ), mutovaný gén sa označuje ako mutant. Nie vždy súvisí pojem mutovaný gén s jeho funkčnosťou, tzn. schopnosťou kódovať funkčný proteín, ktorý má v tele určitú funkciu, a ak chýba, prejaví sa to ochorením. Vtedy je ťažké rozlíšiť, ktorá alela je mutantná. Spravidla je to potom tá, ktorá sa v prírode vyskytuje zriedkavejšie.
1.1 Mutageny
 -sú zodpovedné za vznik mutácií
- sú to látky alebo faktory, ktoré zvyšujú početnosť mutácií
 1.2 Antimutagény
Sú látky, ktoré znižujú frekvenciu mutácií. Sú to napr. antioxidanty, medzi ktoré patrí predovšetkým vitamín C a E, karotenoidy, selén.

2 Rozdelenie mutácií
Mutácie možno deliť podľa mnohých hľadísk. Je dôležité spomenúť, jedno zo základných rozdelení:
1.Gametické mutácie  postihujú genetický materiál pohlavných buniek; vznikajú počas spermatogenézy (tvorby spermii) alebo oogenézy (tvorby vajíčok) a sú dedičné, pretože sa prenášajú do ďalších generácií.
2. Somatické mutácie postihujú somatické (telové) bunky a neprenášajú sa do ďalších generácií; môžu byť príčinou rakoviny
Podľa vzniku rozoznávame mutácie:

- spontánne mutácie - sú náhodným javom
- indukované mutácie - sú cieľavedome vyvolávané mutácie v laboratórnych podmienkach

Podľa rozsahu genetickej informácie, ktorú mutácie postihujú, rozlišujeme:
- génové mutácie - postihujú nukleotidovú sekvenciu obmedzenú na jeden gén
- chromozómové mutácie (aberácie) - postihujú DNA na úrovni štruktúry chromozómov a ich častí
- genómové mutácie - mutácie vedúce k zmene počtu chromozómov a celých chromozómových súborov

Podľa lokalizácie mutácie rozlišujeme:
- jadrové mutácie - vznikajú v DNA nachádzajúcej sa v bunkovom jadre
- mimo jadrové mutácie - vznikajú v DNA, ktorá je prítomná v mitochondriách, príp. chloroplastoch

Podľa smeru mutovania poznáme:
- priame mutácie - keď z normálnej alely vzniká mutovaná alela
- spätné mutácie - keď sa mutovaný genotyp spätne zmení na pôvodný (normálny) genotyp

Podľa zlučiteľnosti so životom poznáme:
- vitálne mutácie - neovplyvňujú prežívanie jedinca
- letálne mutácie - mutovaný genotyp neumožňuje ich nositeľovi prežitie (mutácie esenciálnych génov)

Podľa stupňa fenotypového prejavu rozoznávame:
- dominantné mutácie - mutovaná alela je nadradená nad normálnu alelu
- recesívne mutácie - mutovaná alela sa prejaví len v homozygotne recesívnom stave (väčšina mutácií)

3 Génové mutácie
Génové mutácie sú malé zmeny genetickej informácie, ktoré postihujú malý počet nukleotidov, väčšinou len jeden. Preto sa nazývajú aj bodové mutácie. Účinok takejto mutácie na gén je rôzny. Mutovaný gén (mutantná alela) si môže zachovať plnú funkčnosť oproti pôvodnému génu, ale tak isto môže jediná mutácia (napr. zámena nukleotidu na jednom mieste) viesť k úplnému znefunkčneniu proteínu, ktorý je mutovaným génom kódovaný a výsledkom je genetické ochorenie.
 
Typy génových mutácií:
- substitúcie - zámeny nukleotidu za iný, ktoré sa klasifikujú nasledovne
- tranzície - zámena purínu za purín alebo pyrimidínu za pyrimidín (napr. C za T)
- transverzie - zámena purínu za pyrimidín alebo opačne (napr. C za G)
- zámena nukleotidu za látku s čiastočne odlišnou chemickou štruktúrou (neprirodzený nukleotid)
- inzercia (adícia) - vloženie jedného alebo viacerých nukleotidov (vid. Obr.1.3)
- delécia - strata jedného alebo viacerých nukleotidov ( vid. Obr. 1.2)

4 Chromozómové mutácie
Chromozómové mutácie (aberácie) sú rozsahom väčšie mutácie ako génové. Sú to zmeny v tvare a štruktúre chromozómov. Na ich detekciu nie je nutné použiť molekulárne metódy, ale vystačíme si s cytogenetickými metódami, ktoré využívajú hlavne mikroskopickú analýzu karyotypu. Karyotyp je informácia o veľkosti, tvare a počte chromozómov a študuje sa v metafáze mitózy (alebo meiózy), pretože vtedy sú chromozómy najlepšie viditeľné (najviac špiralizované). Hlavnou podmienkou pre vznik chromozómovej aberácie je jeden alebo viac zlomov v chromozómoch. Tie vznikajú hlavne pôsobením silných fyzikálnych a chemických mutagénov schopných prerušiť kovalentné väzby medzi dvoma nukleotidmi na jednom reťazci DNA. Dôsledkom zlomu môže byť chybné spojenie alebo strata časti chromozómu.
Typy chromozómových mutácií:
delécia – strata časti vnútorného úseku chromozómu
deficiencia – strata koncového úseku chromozómu
duplikácia – zdvojenie úseku chromozómu. Opakované úseky sa môžu vyskytovať v tom istom chromozóme bezprostredne za sebou, alebo v obrátenom poradí.
inverzia – otočenie určitého úseku v chromozóme o 180°
translokácia – výmena úsekov medzi nehomologickými chromozómami
fragmentácia - rozpad chromozómu na viacero častí
 
5 Genómové mutáze
Ide o zmeny v počte chromozómov odlišné od normálneho stavu. Každá telová bunka človeka má 46 chromozómov (23 párov), spermia a vajíčko majú po 23 chromozómov.
5.1 Polyploidia
Je dôsledkom zmnoženia celej chromozómovej sady, bez následného delenia jadra (3n, 4n, 5n). Polyploidia sa pri cicavcoch a u človeka veľmi nevyskytuje (výnimkou sú niektoré pečeňové bunky), ale pre niektoré druhy rastlín je polyploidia prirodzený stav (napr. pšenica, jačmeň). Rastliny znásobením počtu chromozómov majú lepšie vlastnosti napr. triploidná cukrová repa má vyšší obsah cukru, ďatelina vyššiu produkciu. Polyploidné bunky vznikajú chybou pri redukčnom delení.
5.2 Haploidia
Je prítomnosť jednej sady chromozómov v jadre bunky. Je to typický stav v pohlavných bunkách, v ktorých má človek 23 chromozómov (na rozdiel od somatických buniek). Haploidia v telových bunkách je nezlučiteľná so životom.
 
5.3 Aneuploidia
Zmena počtu chromozómov, ktorý nie je násobkom haploidného počtu. V genóme je jeden alebo viac chromozómov navyše, alebo jeden alebo viac chromozómov chýbajú. Aneuploid vzniká vtedy, keď dôjde k poruche rozchádzania chromozómov v anafáze meiotického alebo mitotického delenia. Jednej dcérskej bunke potom jeden chromozóm chýba a druhá má naopak jeden chromozóm navyše. Takýto jav nerovnomernej segregácie chromozómov nazývame nondisjunkcia.
Pri aneuploidii sú teda niektoré chromozómy navyše alebo chýbajú. Rozlišujeme niekoľko základných typov aneuploidie (ostatné pomenovania sa tvoria analogicky):

- nulizómia - strata celého jedného páru homologických chromozómov (2n - 2)
- monozómia - strata len jedného chromozómu z niektorého homologického páru (2n - 1)
- trizómia - jeden chromozóm v niektorom páre je navyše (2n + 1)
- dvojitá trizómia - trizómia zahŕňajúca dva homologické páry (2n + 1 + 1)
 
6. Ochorenia spôsobene genómovou mutaciou
Na svete sa nachádza mnoho ochorení spôsobených genómovou mutáciou. Ja sa zmienim iba o tých  najvyskytovanejších ochoreniach v našej spoločnosti.
 
6.1 Downov syndróm
Ľudia s Downovým syndrómom majú trizómiu 21. chromozómového páru (vid,obrazok 2.1). Tá je zlučiteľná so životom pravdepodobne v dôsledku toho, že chromozóm 21 je chudobný na gény a len málo sa podieľa na kľúčových etapách ontogenetického vývinu. Prvý ucelený popis osoby s Downovým syndrómom prvýkrát publikoval John Langdon Down v roku 1866. Nositelia Downovho syndrómu sa pre svoje tvárové črty niekedy nazývajú "mongoloidné deti". Trpia viacerými morfologickými abnormalitami a majú znížené IQ. V dospelosti častejšie trpia leukémiou ako je priemer populácie. Existuje veľmi jasná korelácia medzi vekom matky a porodením dieťaťa s Downovým syndrómom (do 26 rokov veku matky je riziko 1:1300, nad 45 rokov je už riziko 1:30).
 
6.2 Edwardsov syndróm –
Trizómia 18. chromozómu. Až štyrikrát častejšie postihuje dievčatá. Asi 95% plodov s touto poruchou zomrie už počas vnútromaternicového vývinu. Typická je mentálna retardácia a ťažké vrodené chyby srdca.
6.3 Turnerov syndróm
Chýbanie jedného X chromozómu. Takáto žena (X0) je neplodná, duševne zaostalá a väčšinou má nižší telesný vzrast.
6.4 Klinefelderov syndrom
Zdvojenie X chromozómu muža. Takýto jedinec (XXY) je sterilný, má mužský výzor, ale zoženštelé správanie.
 
Záver
V prací som sa zamerala na základné pojmy genetickej mutácii. Mojim cieľom bolo zopakovanie dôležitých veci, pri čom som to doplnila o nové poznatky a zaujímavosti. Zamerala som sa na oblasť rozdelenia mutácií a na najčastejšie choroby spôsobené práve mutáciou ako je napr. Dawnov syndróm. Je to jedno z najčastejších  ochorení spôsobené mutovaním génov, preto je dôležite mať nejaké znalosti v danej problematike.