Современная генетика. Том 3 - Айала Ф.
Скачать (прямая ссылка):
минимуму воздействие мутагенных факторов на людей, необходимо уметь их
быстро идентифицировать. Оказалось, что многие химические канцерогены
вызывают мутации со сдвигом рамки сами по себе или преобразуются в клетке
в формы, вызывающие такие мутации. В настоящее время активно обсуждается
гипотеза, согласно которой канцерогены индуцируют мутации, которые и
служат причиной образования злокачественных опухолей.
Брюс Эймс использовал хорошо изученные мутации, вызывающие сдвиг рамки в
гене his D у Salmonella typhimuri-ит (рис. 20.10), для оценки химических
соединений на мутагенность и канцеро-
генность. Эта система оказалась более дешевой и оперативной, чем те, в
которых используются лабораторные млекопитающие. В данном случае выясняют
способность различных химических соединений индуцировать реверсии
известных мутаций со сдвигом рамки к гену his D дикого типа. Проводится
эта проверка довольно просто: ревертанты дикого типа образуют колонии на
среде, в которой отсутствует гистидин. Те-стерные штаммы более
чувствительны к мутагенезу, если их клетки содержат мутации,
инактивирующие систему экс-цизионной репарации. Поскольку многие
соединения проявляют мутагенную или канцерогенную активность лишь при
активации ферментами млекопитающих, то область применения метода,
использующего сальмонеллу, расширяется при добавлении в культуральную
среду экстракта крысиной печени.
Для контроля химических соединений, используемых при консервировании
пищевых продуктов, изготовлении косметических препаратов, соединений,
придающих огнеупорность и т.п., широко применяют тестирование по Эймсу и
метод Мёллер-5.
Мутагенез и эволюция
Новые мутации представляют собой важнейший источник генетической
изменчивости, служащей основой биологической эволюции. Мы можем задаться
вопросом, достаточна ли частота возникновения новых мутаций для создания
необходимой генетической изменчивости. Частоты возникновения мутаций в
отдельных генах малы (табл. 20.2), но генов в каждом организме много, а
каждый вид представлен множеством особей. Когда организм или вид
рассматриваются в целом, мутации уже оказываются не редким, а вполне
обычным событием.
Предположим, что геном человека насчитывает 100 тыс. пар генов, а геном
дрозофилы-10 тыс. пар, предположим также, что средняя частота мутаций на
один ген за поколение составляет 10~5. Тогда среднее число мутаций,
возникающих в одном поколении, можно оценить следующим образом: (2-105
генов) (10" 5 мутаций на ген) = 2 мутации на зиготу человека, или (2 •
104 • 10 "5) = 0,2 мутации на зиготу дрозофилы.
На земле живет около 4 • 109 людей. Если у каждого человека возникает по
2 мутации, то общее число новых мутаций у ныне живущего на-
20. Мутации генов
23
селения земного шара составляет 8 109. У насекомых среднее число особей
одного вида равно примерно 1,2 ¦ 108. Если считать, что у каждого
насекомого в среднем появится 0,2 новых мутаций, то у вида в целом
возникнет около 2,4 ¦ 107 новых мутаций за поколение. Виды других типов
организмов, в том числе и позвоночных, могут быть менее многочисленны,
чем виды насекомых, но даже у них число новых мутаций, в каждом
поколении, довольно велико.
Когда рассматривается вид в целом, то в каждом поколении, даже в отдельно
взятых локусах, возникает довольно много мутаций. Если средняя частота
появления мутаций на ген на поколение равна 10"5, то в среднем на каждый
локус человека, рассматриваемого как биологический вид, приходится около
80 ООО новых, неизученных мутаций за одно поколение в каждом локусе (4 •
109 людей х 2 гена в локусе х 10 _ 5 мутаций на ген). У среднего по
численности вида насекомых число мутаций, возникающих в каждом локусе за
поколение, может составлять около 2400. Вот почему не удивительно, что
разные виды и различные популяции одного вида приспособлены к конкретным
условиям. Например, в районах активного применения инсектицида ДДТ у
многих видов насекомых эволюционно возникла устойчивость к нему. В гл. 22
мы увидим, что природные популяции обладают большим запасом генетической
изменчивости, накопленной за счет мутаций, возникших в предшествовавших
поколениях. Но даже если у вида в данный момент не оказывается аллеля,
необходимого для адаптации к новым условиям, такой аллель вполне может
скоро появиться в результате мутации. Потенциальные возможности
мутационного процесса в создании новой изменчивости огромны.
Мутации как случайный процесс
Часто мутации характеризуют как редкие случайные, ненаправленные события.
Эти термины используют как синонимы, но существует по крайней мере три
различных смысла, которые могут вкладываться в эти слова:
1. Мутации представляют собой редкие случайные события, прежде всего в
том смысле, что они являются редкими исключениями в нормальном регулярном
процессе репликации ДНК, при котором обычно происходит точное копирование
наследственной информации, закодированной в последовательности
нуклеотидов.
