Mutagenees: erinevus redaktsioonide vahel

'''Mutagenees''' on protsess, mille käigus toimuvad muutused organismi [[DNA]] järjestuses (mutatsioonid[[mutatsioon]]id), mis jäävad [[genotüüp]]i püsima. Mutatsioonid võivad tekkida füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste tegurite toimel. MutageenesiMutageneesi võib jagada [[spontaanne|spontaanseks]] ja [[indutseeritud|indutseerituks]].

1927. aastal korraldas [[Hermann Muller]] katse, mille käigus allutaskiiritati [[harilik äädikakärbes|harilikuharilikku äädikakärbseäädikakärbest]] [[Röntgenikiirgus|röntgenikiirguseleröntgenikiirgus]]ega. Selle katse põhjal oli võimalik järeldada, et röntgenikiirgus põhjustab silmaga nähtavaid muutusi [[fenotüüp|fenotüübis]]. Selle katsega tõestas ta [[hüpotees]]i, et mutatsioonid põhjustavad [[vähk (haigus)|vähki]]. [[Lewis Stadler]] demonstreeris röntgenikiirguse mutageenset toimet [[oder|odral]] (1928. a) ja [[ultraviolettkiirgus]]e (UV) mutageenset toimet [[mais]]il (1936. a).<ref name="stadler" /> 1940. aastal avastasid [[Charlotte Auerbach]] ja [[John Michael Robson|J. M. Robson]], et [[ipriit]] on võimeline põhjustama mutatsioone harilikul äädikakärbsel.<ref name="tfoKZ" />

[[Pilt:Point mutations-en.png|pisi|300px|Illustratsioon punktmutatsioonide efektist. Esimeses tulbas on tavaline järjestus. Teises tulbas on küll toimunud muudatus DNA järjestuses, aga selle järjestuseljärjestuse pealt sünteesitav valk jääb samaks. Kolmandal juhul viibpõhjustab mutatsioon valgusünteesi lõpetamiselelõpetamise. Viimasel kahel juhul viib mutatsioon DNA järjestuses muudatuseni sünteesitavas valgujärjestuses, sest ahelasse lülitatakse teistsugune aminohape.]]

[[Punktmutatsioon]]id on ühe nukleotiidi asendusmutatsioonid. Asendusmutatsioonid jaotatakse kaheks:transitsioonideks ja transversioonideks.

Kromosomaalsed mutatsioonid (''chromosome aberration'') on [[kromosoom|kromosomaalse]] struktuuri muutused. Neid on võimalik jagada [[deletsioon]]iks, [[duplikatsioon]]iks, [[Inversioon (geneetika)|inversioon]]iks ja [[translokatsioon]]iks. Kromosomaalsed [[mutatsioon]]id on üldjuhul kahjulikud ja nende tekkimisega võib kaasneda organismi [[surm]]. Samas on nad olulised [[liigiteke|liigitekkes]] ja [[evolutsioon]]is laiemallaiemalt.

==== [[Deletsioon]] ====

Deletsiooni võivad põhjustada järgmised protsessid:

* vead kromosomaalses [[ristsiire|krossingoveris]] (''shromosomalchromosomal crossover''),

* DNA-ahela teatud piirkondade kadu translokatsioonil[[translokatsioon]]il (''translocation''),

* ebaühtlane krossingoverristsiire (''unequal crossing over'').

Terminaalses deletsioonis toimub mutatsioon kromosoomi lõpposas, interstitsiaalses deletsioonis keskosasaga sisemises (''interior'') piirkonnas, mis ei puutu kokku telomeerigatelomeeridega.

Duplikatsioon on mutatsioon, mille tulemusena kahekordistub osa kromosoomist. DuplikatsiooniDuplikatsioone võivad põhjustada: vead [[homoloogiline rekombinatsioon|homoloogilises rekombinatsioonis]] või [[retrotransposoon]]id.

[[Inversioon (geneetika)|Inversioon]] on mutatsioon, mille tulemusena vahetuvad omavahel ühe ja sama kromosoomi piirkonnad. Inversiooni võib jagada: paratsentriliseks ja peritsentriliseks inversiooniks.

Inversiooni käigus ei kao geneetiline materjal ja inverteeritud kromosoom ei avalda fenotüübile mõju. Kui aga toimub inverteeritud heterosügoodis ''crossing over''ristsiire, siis tekib teatud tõenäosusega anomaalne [[kromatiid]].

Inimesel on kõige rohkem levinud inversioon[[9. kromosoom|üheksandas kromosoomis]] tekkinud inversioon, mis ei ole kahjulik. Sellele vaatamata on olemas andmed, et naistel, kes kannavad seda inversiooni, on [[nurisünnitus]]e tõenäosus 30%.

Kromosomaalne translokatsioon on mutatsioon, mille tulemusena toimub ümberkorraldus mittehomoloogsete kromosoomide vahel. TranslokatsiooniTranslokatsioone on võimalik jagada järgnevalt:

* RobertsonaarneRobertsoni (''Robertsonian'') translokatsioon.

Vastastikune translokatsioon on geneetilise materjali vahetus mittehomoloogsete kromosoomide vahel. Tema tekkesagedus varieerub 1/500<ref name="OplB7" /> kuni 1/625 vastsündinu kohta.<ref name="bBLpl" /> Sellised mutatsioonid on enamikul juhtudest ohutud. Inimestel, kes kannavad tasakaalustatud vastastikuseid translokatsioone, võivad tekkida tasakaalustamatutasakaalustamatuid translokatsioone sisaldavad gameedid. Sellised gameedid põhjustavad laste väärarenguid. Enamik kandjatest on terved, aga caumbes 6% nendest võivad kannatada autismi ja teiste vaimuhaiguste all.

Robertsonaarne (''Robertsonian'')Robertsoni translokatsioon on kromosoomide ümberkorraldus. Inimeses esineb see akrotsentrilistel kromosoomi paaridel ([[13. kromosoom|13]], [[14. kromosoom|14]], [[15. kromosoom|15]], [[21. kromosoom|21]] ja [[22. kromosoom|22]]). See on mittevastastikune mutatsioon, mille tulemusena kahest akrotsentrilisest kromosoomist moodustub üks. Kandjad on fenotüübilt normaalsed, aga meioosis võivad anda gameete, mis põhjustavad näiteks [[Downi sündroom]]i (kui tegemist on 21. ja 14. (15.) kromosoomide translokatsiooniga).

=== [[Aneuploidsus]] ===

[[Aneuploidsus]] on ebanormaalne kromosoomide arv. Lisa- või kadunud kromosoom on tavaline geneetiliste häirete põhjus. Aneuploidsus tekib raku jagunemisel, kui kromosoomid ei jaotu õigesti kahe raku vahel. Kõige sagedamini tekib kolmas lisakromosoom paarides 21, [[18. kromosoom|18]] ja 13.<ref name="sxklJ" />

Erinevatel liikidel on erinev normaalne kromosoomide arv, seepärast aneuploidsus on aneuploidsus liigispetsiifiline teermintermin.

Disoomia on ühe kromosoomi kahe koopia olemasolu. See on normaalne, kui tegemist on diploidse organismiga (nt. inimene), triploidsetel organismidel on see aneuploidsuse ilmnemine.

Trisoomia on ka sugukromosoomides võimalik (47,XXX; [[Klinefelteri sündroom|47,XXY]]; 47,XYY).

Tetrasoomia ja pentasoomia on nelja ja viie kromosoomide koopiadekromosoomikoopia esinemine genoomis. Väga harva esineb autosoomides, mõnevõrra sagedamini sugukromosoomides. Inimestel olidon leitud 48,XXXX; 49,XXXXX; 49,XXXXY ja 49,XYYYY karüotüüpe.<ref name="pmid7567329" />

Mutageneesi kasutatakse laboratoorse meetodina mutantsete tüvede saamiseks. Üldjuhul saadaksetekitatakse mutaantseidmutantseid tüvetüvesid kahel eesmärgil:

* uurida teatud geeni või valgu funktsiooni, uurimiseks;

Juhuslik mutagenees tähendab seda, et mutatsioon toimub suvalis(t)es kohas või kohtades. Efekti on võimalik saavutada UV-kiirguse või erinevate kemikaalide toime abil. Näiteks võib ''[[Escherichia coli]]''<nowiki/>'t mõjutada UV-kiirgusega ja seejärel panna kasvama agarsöötmesse. Üles kasvanud kolooniad tuleb pärast ümber külvata rikassöötmesse ja minimaalsöötmesse. Spetsiifiliste toitevajadustega mutandid ei kasva minimaalsöötmes. Söötme koostist muutes saab tuvastada, milline komponent on mutanttüvele vajalik.

=== Sait-spetsiifilineSaitspetsiifiline mutagenees ===

Sait-spetsiifilineSaitspetsiifiline mutagenees on meetod, mille abil tekitatakse mutatsioon DNA molekuli spetsiifilises kohas. See mutageneesi vorm eeldab nukleotiidjärjestuse teadmist.

Üldjuhul on vaja sünteesida [[praimer]]it, mis oleks komplementaarne DNA saitilepiirkonnale, kus tahetakse saada mutatsioon. Mutatsioon võib olla kas punktmutatsioon, deletsioon või insertsioon. Praimer seondub spetsiifilise kohaga, mis asub tulevase mutatsiooni läheduses. DNA polümeraas sünteesib komplementaarseid ahelaid, kus tekib mutatsioon. Mutatsiooni saidiga DNA ahelat integreeritakse [[plasmiid]]i ja ampifitseeritakseamplifitseeritakse. Pärast integreeritakse see bakteri tüvesse ja toimub rekombinatsioon. Selle protsessi tulemusena saadakse mutantseid tüvesid.

1987. aastal esitlesid Kunkel jt meetodit, mille eeliseks on vähenenud vajadus selekteerida välja mutante. Selleks kasutatakse mutanti, millel puudub kaks ensüümi: [[dUTPaas]] ja [[uratsiil deglükosidaas]]. dUTPaasi puuduspuudumine takistab dUTP lagunemist, uratsiil deglükosidaasi puuduspuudumine takistab uratsiili[[uratsiil]]i eemaldamist DNAst. Tulemusena sünteesitakse DNA ahelat, mis sisaldab ka uratsiili. Seda DNA ahelat kasutatakse mutageneesiks. Selleks sünteesitakse komplementaarset ahelat. Pärast töödeldakse seda uratsiil deglükosidaasiga, mis eemaldab uratsiili DNA ahelast ja siis leelisega[[leelis]]ega. Saavutatakse mutatsiooniga DNA ahel.

==== PCR sait-spetsiifilinesaitspetsiifiline mutagenees ====

Selles meetodis kasutatakse kindlakindlat mutatsiooni sisaldavaid praimereid. Nad amplifitseerivad mutantset geeni, mida saab pärast ekstraheerida, kasutades elektroforeesi. Mutantne geen sisestatakse DNAsse, kasutades rekombinatsiooni meetodit.

Paljud kemikaalsed mutageenid vajavad bioloogilist aktivatsiooni, et muutamuutuda mutageenseks. Näiteks [[tsütokroom P450]] on oluline ensüümide perekond, mis genereerib mutageenseid metaboliite.<ref name="sITOq" /> Mutageene, mis vajavad bioloogilist aktivatsiooni, nimetatakse promutageenideks.

Paljud mutatsioonid tulevad esile DNA kahjustuse tulemusena replikatsiooni käigus. Bakterirakkudes põhjustavad mutageenid üheahelalise DNA vahe (''single-stranded DNA gap'') teket replikatsioonis, mis kutsub esile SOS vastustvastuse (''SOS response''). SOS vastus on reparatsiooni protsess, mis kasutab ''error-prone''(vigaderohket) DNA polümeraasi. Selle ensüümi puuduliku funktsiooni tõttu võivad mutatsioonid püsima jääda. Imetajarakkudes indutseerib replikatsiooni peatumine kahjustatud saitispiirkonnas mitmeid päästesüsteeme, mis aitavad samuti DNA kahjustusi ülesünteesis. Need spetsialiseeritud DNA polümeraasid on ka vigaderohked. DNA polümeraaside Y-perekonna ülesandeks on osalemine DNA kahjustuse ülesünteesi protsessis, mida nimetatakse ''translesion synthesis'' ([[TLS]]).