Все ли мутации у человека являются негативными?

      Однако в результате необходимых исследований мы убеждаемся в том, что в действительности это не так: некоторые человеческие мутации и в самом деле являются плохим явлением, большинство из них - абсолютно нейтральным, и более того, многие из них приносят пользу. Без мутаций мы не могли бы существовать, не происходила бы эволюция и естественный отбор, какими мы знаем их сегодня. Мутации позволяют генетическому разнообразию существовать среди населения, увеличивая диапазон аллелей и обуславливая выживаемость человеческого вида.

Степень влияния мутации на организм будет зависеть от локуса изменения гена и типа произошедшего изменения. В зависимости от этих факторов различные мутации могут иметь ряд различных фенотипичных эффектов – мутация может произойти в некодирующей области гена, либо она может произойти в области, кодированной для белка, и в результате этого она может или не может привести к выявляемым изменениям в организме. Многие типы мутации, и, зачастую, наиболее распространенные ее типы, обычно не вызывают проблем у людей, главным образом потому, что приблизительно 95% ДНК в человеческом геноме не кодируется и, таким образом, изменение вряд ли произведет какой-либо эффект.

Как происходят мутации?

Прежде всего, если точечная мутация изменит нуклеотид в последовательности оснований в аминокислоте, но фактически не изменит кодируемую аминокислоту или ее положение в образующемся белке, тогда мутация будет считаться молчащей мутацией, поскольку она не будет производить какой-либо эффект на продукт гена. Вследствие вырождения генетического кода большинство мутаций, происходящих в третьем основании кодона в гене, не будут вызывать какой-либо эффект. Также могут происходить мутации потери функции и приобретения функции, каждая из которых потенциально могут вызывать проблемы, но чаще всего они считаются нейтральными мутациями, поскольку они редко производят эффект из-за того, что они наиболее вероятно появляются в некодирующих областях человеческого генома.

Другой тип мутации, который может приносить нам пользу, является видимой мутацией. Такие мутации приводят к легко видимым морфологическим различиям между отдельными людьми, что помогает нам приспосабливаться к различной окружающей среде, в которой мы живем, это, например, наличие более светлой или темной кожи, более высокий рост или способность бежать быстрее. Эта теория также справедлива для условных мутаций. Экспрессия различных генов при них будет зависеть от окружающей среды, в которой живет организм, и от условий, в которых он подвержен воздействию. Хорошим примером этого, не относящимся, впрочем, к людям, является белая окраска меха у определенных пород котов или кроликов на всем теле, в то время как на конечностях окраска бывает черной, например, на лапах, как реакция на контакт этих частей тела с различными температурами.

Мутации обеспечивают изменчивость

Мутация обеспечивает необходимую изменчивость людей, и система групп крови АВ0 является этому хорошим примером. Здесь наблюдается зависимость от идентификации определенных антигенных детерминантов, находящихся в эритроцитах и также часто на эпителиальных клетках. Различные фенотипы, то есть группы крови А, B, AB и 0, развиваются в силу наличия в каждом из них, как это было установлено, различных антигенных фенотипов. Это было бы невозможно, если бы в определенный момент истории не произошла мутация в гене, кодирующем фермент глюкозилтрансферазу, который вызывает синтез антигенов A и B, которые в свою очередь отвечают за образование различных групп крови. Без различных групп крови отсутствовало бы необходимое разнообразие, и было бы, скажем, намного труднее обнаружить паттерны в семьях.

Непереносимость лактозы в целом считается полезным явлением для большей части популяции млекопитающих, поскольку она развивается во время роста малыша, и облегчает его отвыкание от груди и взросление. Впрочем, в силу того, что рацион питания часто содержит много молочных продуктов, развилась мутация, позволяющая иметь переносимость лактозы, и теперь она довольно широко распространена среди людей. С повышением употребления молока в продуктах питания в современных культурах наличие этой мутации было воспринято организмом как полезное явление, и таким образом она передалась многим поколениям.

Еще более полезными для людей являются мутации, приводящие к резистентности к атеросклерозу и устойчивости к вирусу иммунодефицита человека. В небольшом изолированном сообществе в Италии была обнаружена мутация в геноме, обеспечивающая их резистентность к заболеванию кондиционным атеросклерозом, из-за мутации у их далекого предка, которая была затем передана из поколения в поколение. Эта мутация полезна, поскольку она дает этим людям возможность жить дольше в современных условиях с менее здоровой пищей и меньшим количеством физических упражнений. При заражении вирусом иммунодефицита человека он должен прикрепиться к молекулам на поверхности Т-лимфоцитов в крови. Одна из этих молекул является рецептором CD4, а другая - рецептором CCR5. У определенной части населения мутация происходит в гене, кодирующем эти рецепторы на поверхности Т-лимфоцитов, что приводит к синтезу мутантной формы рецептора CCR5. Эта мутация означает, что белки больше не экспрессируются на поверхности клеток, и таким образом, у людей, являющихся гомозиготными для этого типа рецептора, развивается устойчивость к ВИЧ и, следовательно, к СПИДу: вирус не может физически связаться с Т-лимфоцитом если отсутствует рецептор и, таким образом, человек будет иметь устойчивость к ВИЧ.

Плохо быть хорошим

Некоторые мутации могут являться как позитивным, так и негативным явлением, действуя по-разному в зависимости от того, на что они влияют. Например, биохимические мутации, такие как серповидно-клеточная анемия, могут значительно влиять на общее состояние организма или на выживание человека. Серповидная клетка является результатом точечной мутации в гене, отвечающем за образование гемоглобина в эритроцитах. Эта мутация изменяет форму клетки после деоксигенации, придавая ей серповидную форму. Это не совсем позитивное явление, поскольку это означает, что капилляры могут быть легко заблокированы и циркуляция по определенным частям тела может быть нарушена. Впрочем, необходимо присутствие двух копий мутировавшего гена для экспрессирования серповидной клетки до этой степени когда болезнь является смертельной. Поэтому, как правило – это нежелательная мутация, поскольку она уменьшает эффективность циркуляции крови. Однако, эта мутация намного чаще встречается среди людей с африканским происхождением, в частности среди тех, кто живет в областях, где распространена малярия. Именно поэтому если в геноме присутствует только одна копия гена серповидной клетки, тогда у человека будут присутствовать серповидные эритроциты, но они при этом будут также защищены от малярии из-за необычной формы своих эритроцитов – что, естественно, является полезным явлением и никаким образом не негативным.

"Плохие мутации"

Чаще всего мы слышим о плохих мутациях, и считаем их вредными, поскольку они являются причиной болезней человеческого организма. В силу того, что они являются генетическими, они представляют из себя наследственные болезни, такие как кистозный фиброз и болезнь Хантингтона. Большинство этих унаследованных болезней является рецессивными, поэтому для того, чтобы унаследовать собственно болезнь, человек должен иметь копию от каждого родителя. Если наследуется только одна копия, тогда обычно человек становится носителем. Такие болезни, как, например, болезнь Хантингтона, требующие одну копию дефектного гена, являются очень редкими.

Мутации, которые действительно можно считать вредными, имеют тенденцию включать в себя типы мутаций, такие как регуляторные мутации – которые влияют на регуляцию экспрессирования гена в организме, что означает, что нормальные процессы могут нарушаться, и ген может быть активирован или инактивирован в то время, когда должен проходить противоположный процесс. Наглядным примером такой мутации является мутация в генах, кодирующих белки, которые участвуют в репарации ДНК. В этом случае мутации приводят к болезни репарации человеческой ДНК, такой как пигментная ксеродерма, при которой происходит потеря способности производить эксцизионную репарацию нуклеотидов, в результате чего человек будет страдать от язв на коже, а также может развиться рак кожи от воздействия ультрафиолетового излучения.

Очевидно, что летальные мутации приводят к смерти. Они нарушают нормальные, важные процессы, необходимые для поддержания жизни, что неизбежно приводит к гибели организма в определенный момент цикла человеческой жизни. Такой класс мутаций, главным образом, приводит к биохимическим болезням, таким как болезни Хантингтона или мышечной дистрофии. Оба основных вида мышечной дистрофии, мышечная дистрофия Дюшенна и Беккера, являются связанными с Х-хромосомой рецессивными заболеваниями. Две трети мутаций, приводящих к этой болезни, появляются вследствие делеционных и дупликационных мутаций, которые и в самом деле являются смертельными. Только одна треть всех мутаций, приводящих к этой болезни, является точечными мутациями, наиболее распространенным типом мутации в человеческом геноме.

Часто обнаруживается, что мутировавшие гены содержат тринуклеотидные повторяющиеся последовательности. Из-за этого происходит приблизительно 20 генетических отклонений у человека, подтверждая факт, что если не все человеческие мутации являются вредными, как мы пытались выяснить в начале, то некоторые таковыми являются. Повторные последовательности обычно означают, что больные гены, оказывается, содержат много сотен одного и того же многократно повторяющегося тринуклеотидного основания, тогда как здоровые варианты содержат гораздо меньшее их количество. Например, синдром ломкой X-хромосомы появляется вследствие репликации последовательности CGG 55 - 230 раз в 5` нетранслируемых областях гена FMR-1. Если в этой частоте будет обнаружен тринуклеотид, тогда человек будет страдать от симптомов этой болезни, в том числе от умственной отсталости. Миотоническая дистрофия также является еще одним примером болезни экспансии тринуклеотидных повторов – пораженный ген MDPK будут иметь многократные копии последовательности CTG в части своего гена, кодирующего 3’ нетранслируемые последовательности мРНК. И, наконец, болезнь Хантингтона также попадает в эту группу: это смертельное нейродегенеративное заболевание, где последовательность CAG в гене 4 повторена до 120 раз.

Выводы

Существует много различных аргументов за и против того, являются ли человеческие мутации негативным либо позитивным явлением, но нельзя прийти к однозначному заключению, что все человеческие мутации вредны, поскольку существует много таких мутаций, которые никогда не проявляются в конечном продукте мутировавшего гена, а некоторые из них даже могут быть полезными для человека. Фенотипическая изменчивость и эволюция, наряду с адаптацией, не могли бы существовать без изменения ДНК у людей в течение долгого времени. А без них каждый был бы подвержен одинаковым болезням и не смог бы приспособиться должным образом к различным условиям окружающей среды. Впрочем, нельзя также утверждать, что не существует вредных человеческих мутаций. Существуют мутации, представляющие угрозу здоровью человека, колеблющуюся в пределах от умеренной до летальной, но их меньшинство и для их появления в человеческом геноме должно накопиться большое количество ошибок.

Источник: emmagray.hubpages.com

Перевод: Ярослав Пастух специально для проекта Популярная Генетика

Статья защищена законом об авторских и смежных правах. При использовании и перепечатке материала активная ссылка на портал о здоровом образе жизни hnb.com.ua обязательна!