Мутации срещу Естествен подбор

Автор: Яна Ненчева, биохимик, кандидат доктор по Биофизикa

Представете си как жирафът не е имал дълъг врат и шията му е била къса колкото на куче. Той и всички други животни с къси вратове са си хапвали вкусните ниско разположени листа от ниските клони на ниските дървета. Един ден обаче, когато са се насъбрали множество късо-врати популации животни, тези дървета са започнали масово да изчезват. Оцелели са само единични, малко по-високи дървета от вида, защото животните не са можели да достигнат най-високите им клони. Налагало се е да се подпират на два крака, за да достигат поне до долните, но въпреки това не са достигали горните. Така постепенно дърветата са започнали да прорастват по-високи и по-високи. Част от популациите ядящи ниските листенца са изчезнали в търсене на други, по-удобни за ядене ареали.

Случайно един ден се е родило жирафче с не толкова къс врат, не толкова дълъг, колкото сегашните жирафи, но достатъчно, за да достига до по-горните редове листа. Така то пораснало по-силно от останалите и когато дошло време за размножаване - било най-желаният жираф. Така съвсем естествено гените му са се предали на следващите поколения. Постепенно дългият врат на жирафа се е развил в устойчив ген, защото му е дал еволюционно предимство.

Мутация срещу Естествен отбор

Тази история е художествен пример, чиято цел е да се илюстрира колко е важно взаимодействието между популациите, за да се получи и задържи една полезна мутация. Да, мутациите не трябва да се асоциират само с негативи. Те са основна част на еволюцията, тъй като са единственият източник на съвсем нова “невиждана досега” генетична информация. Те са виновникът за прекрасното многообразие, което ни заобикаля.

Докато мутациите непрестанно създават генетично разнообразие, то естественият отбор “решава” коя мутация е полезна и коя не е. В това отношение мутациите са три вида:

1. Полезни, както е случая с дърветата и жирафа,
2. Вредни, както е с множество заболявания, като Фатално фамилно безсъние например,
3. Безразлични, както в случаите на трето зърно или образуването на допълнителна кожа, която свързва плътно един за друг два от пръстите на краката. Това са мутации, които не дават никакво еволюционно предимство, но в същото време и не пречат на индивида да се размножи.

Ако мутацията не е полезна или безразлична, то естественият подбор я елиминира, затруднявайки предаването ѝ в следващото поколение. Например, ако се скъси времето на живот на индивида, носещ мутацията, се саботира индивидуалното възпроизвеждане и предаването ѝ. Така съвсем накратко действа механизма.

Какво е мутация и как възниква

Мутация се нарича всяка една случайно настъпила промяна в наследствената програма, която не е под стриктния контрол на клетката. Има два вида мутации, според това каква част от наследствения материал засягат:

1. Генетични - засягат последователността на нуклеотидите,
2. Хромозомни - нарушена е по някакъв начин структурата на хромозомите или има объркване в броя им.

Мутациите могат да възникнат спонтанно (случайно родено жирафче с дъгъл врат). Наричат се така, когато нямаме информация кой е мутагенният фактор, което е малко спекулативно и поставя под въпрос спонтанността. Към тази група се отнасят грешките по време на презаписването на ДНК, все пак процесът не винаги е перфектен.

Другият вид мутации са индуцираните - при тях мутагенният фактор е известен. Използва се много често в лаборатории за изследвания без вредни за екипа последици (изключение правят случаите тип Спайдърмен). Може да е радиационно лъчение, биологичен мутаген, както и химично вещество от най-тривиален тип, като спирала за мигли или лак за нокти с канцероген.

Какво е генетична/генна мутация

Генните мутации са причината за молекулните болести, защото увреждането в нуклеотидната последователност води до синтез на анормален продукт с нарушена структура, свойства и активност. Такъв продукт са напр. ензимите, чиято функция, ако се наруши, води до изменения в метаболизма (ензимопатии). Има над 6000 вида известни ензимопатии, като например Албинизмът. Друг пример е нарушеното действие на рецепторите, което може да доведе до нарушена функция на специфични хормони, нервни пътища, метаболити и т.н. Пример е фамилната холестеролемия, която се характеризира с нарушено отлагане на холестерол в артериалните стени.

Генната мутация е в следствие нарушаване последователността на нуклеотидите [ref. 1] по един или друг начин:

• Замяна на една база в даден нуклеотид с друга,
• Вмъкване на още една или повече бази,
• Отстраняване и загуба на една или повече бази,
• Обръщане на цял сегмент от ДНК - представете си, че сегмента е с бази в ред “123456789” във веригата, но мутацията е да се обърнат на “987654321”,
• Удвояване на сегмент във веригата,
• Транслокация - преместване на сегмент от ДНК към друга ДНК молекула.

Какво е хромозомна мутация

Както показва и името ѝ - това е мутация, която възниква при хромозомите. Само че тя може да засегне както структурата, така и броя на хромозомите [ref. 2].

Когато има нарушение в структурата на самата хромозома, това естествено води до нарушаване в ДНК-последователността, защото от това е изградена хромозомата. Има четири вида структурни хромозомни мутации:

1. Удвояване на участък от хромозомата,
2. Отстраняване и загуба на участък от хромозомата,
3. Обръщане на участък от хромозомата на 180 градуса - някой път засяга центромерата на хромозомата, друг път не,
4. Транслокация - участък от хромозомата се премества на друго място в същата или друга хромозома.

Дали ще се нарече бройна хромозомна или геномна мутация, няма особено значение. Наименованията са синоними. Нарушението в броя води до синдроми, за които вече сме чували, защото голяма част от пренаталните генетични тестове проверяват именно за тях и са задължителни.

Нормално хромозомите са по две в хомоложна двойка, но:

• ако има някоя допълнителна хромозома, това се нарича тризомия,
• ако липсва някоя се нарича монозомия

И в двата случая се нарушава динамиката, взаимодействието между гените и това води до силни отклонения от нормалното развитие на индивида.

Примери за такива заболявания са:

• Синдромът „Свръхжени“ не е никак атрактивен, както звучи. Неговата честотата сумарно е 1 на 1000 новородени момичета и има корелация с възрастта на родителите - ако са по-възрастни, вероятността да се случи е по-голяма. Мутацията е тризомия на Х хромозомата и вместо 2Х хромозоми има 3, като кариотипът е 47ХХХ;
• Синдромът „Свръхмъже“ е с честота 1,3 на 1000 новородени и при него има две У хромозоми, вместо една. Кариотипът е 47ХYY;
• Синдромът на Даун е може би най-разпространеният пример за мутация, за който ни учат в училище. За него се извършва пренаталното генетично изследване. Честотата му е 1,5 на 1000 новородени и е следствие на тризомия на 21-та хромозмна двойка (има 3 хромозоми вместо 2 от хромозома 21), в резултат болнитеимат  47 хромозоми вместо 46;
• Синдромът на Клайнфелтер е следствие на тризомия на половата хромозома. Нормално мъжкият индивид има ХУ (1 Х и 1 У хромозома), а женския ХХ (2Х). Тук заболелият има ХХУ (2Х и 1У) и това се случва с честота 3 на 1000 новородени момчета, което я прави най-често срещаната хромозомна мутация [ref. 3].

Как да се предпазим от мутациите

След всичко прочетено до тук - ако сте се наплашили от мутациите, въпреки, че на тях се дължи видовото многообразие, което ни заобикаля, то винаги може да си направите Пълен генетичен тест [ref. 4]. Той ще ви даде информацията дали не носите нещо скрито, което е с фатален край + вероятността то да се отключи. Последните години много се набляга на епигенетиката [ref. 5], която ни дава надежда, че можем да противодействаме с начина си на живот върху проявата на генетичният материал, който носим.

Друг вариант, върху който се работи много активно през последните години е генното редактиране, което цели да се нанася корекция върху вредна мутация или просто участък от ДНК, който човек не харесва. Може би последното изречение звучи като научна фантастика, но вече има няколко подхода за редактиране на генома, които са разработени. Най-удобния и евтин за момента подход е системата CRISPR-Cas9, който се очаква да се развие към превенция и лечение на редица заболявания [ref. 6].

Дори и дa не решите да си правите генетичен тест и да спазвате “епигенетична терапия”, то може да спазвате някои прости правила в ежедневието си, за да си спестити някои мутагенни фактори:

• Сведете сложните химични препарати за почистване на дома до минимум, защото те съдържат немалко дразнещи лигавицата на носа и дробовете съединения. Използвайте маска, ръкавици и отворете прозорците. Това може би е препоръка на тема алергии, но това също са мутагенни фактори, които не трябва да се пренебрегват;
• Минимизирайте употребата на парабени (paraben) и метилхлороизотиазолинон, защото изследванията сочат предпоставки за канцерогенност;
• Когато си почиствате ноктите с лакочистител, правете го на терасата или на друго проветриво място - често той съдържа формалдехид (formaldehyde), формалин, който е канцероген;
• Следете състава на червилата да няма наличие на бутилиран хидроксианизол (butylated hydroxyanisole, BHA) и бутилиран хидрокситолуен (butylated hydroxytoluene, BHT). Тези съставки са показали канцерогени свойства в изследвания с лабораторни животни [ref. 6];
• Може да звучи тривиално, но намалете стреса, защото той повишава адреналина и това оказва влияние върху нивата на хормоните като цяло, които диктуват нормалното функциониране;
• И не на последно място, но най-подценяваните фактори са чистата храна и ползотворна почивка, които възстановяват организма.