ZMIENNOŚĆ

NIEDZIEDZICZNA DZIEDZICZNA

I. ZMIENNOŚĆ NIEDZIEDZICZNA

1.

Fluktuacyjna (płynna, odwracalna)- wynika z wpływu
środowiska na ekspresję lub efekt działania genu

2.

Modyfikacyjna (skokowa, trwała) – wynika z wpływu
środowiska po zadziałaniu genu

3. Stadialna (rozwojowa)-

wynika ze zróżnicowania wieku lub

stadium rozwojowego organizmu

FENOTYPOWE I NIEDZIEDZICZNE EFEKTY WPŁYWU ŚRODOWISKA

A.

ZMIANY DYWERGENZYJNE (rozbieżność)

Pomimo jednakowego genotypu, fenotypy osobników pochodzących

z różnych środowisk są odmienne

B. ZMIANY KONWERGENCYJNE (zbieżność)

Pomimo różnych genotypów osobniki poddane presji środowiska są

podobne fenotypowo - fenokopie

II. ZMIENNOŚĆ GENETYCZNA

1. Rekombinacyjna (nowe haplotypy)

– crossing over w czasie mejozy

2. Segregacyjna (nowe genomy)

– losowe rozchodzenie się

chromosomów homologicznych w czasie anafazy mejozy

3. Transpozycyjna (skaczące geny) – przemieszczanie się genów w

obrębie całego genomu

4. Mutacyjna (nowe geny)

– zmiany w materiale genetycznym

MUTACJE

Skokowe i

nagłe zmiany w materiale genetycznym, dziedziczące się

z pokolenia na pokolenie (przetrwanie mejozy) lub

również z

komórki do komórki w trakcie ich podziałów (przetrwanie mitozy)

KLASYFIKACJA

MUTACJI

A.

ZAKRES USZKODZENIA MATERIAŁU GENETYCZNEGO

1. Punktowe (molekularne) - zaburzenia replikacji DNA:

tranzycja

tranzwersja

delecja

insercja

2. Strukturalne (chromatynowe)

– zaburzenia crossing over:

duplikacja

delecja

inwersja

translokacja

3. Genomowe (chromosomowe)

– zaburzenia segregacji:

euploidia

aneuploidia

B. WYSTĘPOWANIE W ORGANIZMIE

1. GENERATYWNE

– obejmują komórki linii płciowej, spotykane

sa w gametach i

dziedziczą się z pokolenia na pokolenie

2. SOMATYCZNE

– zachodzą w komórkach ciała nie dziedziczą się

lecz

prowadzą

do

powstania

zjawiska

mozaicyzmu

genetycznego

C. PRZYCZYNA POWSTANIA

1. SAMOISTNE (losowe)

– przypadkowe błędy replikacji, lub o

niewyjaśnionym pochodzeniu

2. DYNAMICZNE (organizacja genomu)

– samoistnie powstające

wielokrotne powtórzenia sekwencji nukleotydów w obrębie
genów lub poza nimi

3. INDUKOWANE (przyczynowe)

– błędy wynikające z działania

czynników mutagennych; fizycznych, chemicznych,
biologicznych

D. EFEKT FENOTYPOWY

1.

OBOJĘTNE (brak zmian fenotypowych) – nie wpływają na
właściwości

organizmu

oraz

jego

funkcjonowanie

w

środowisku:

milczące mutacje

ciche mutacje

2. PRZYSTOSOWAWCZE

(wyraźne zmiany fenotypowe) – decydują

o funkcjonowaniu organizmu w

środowisku i prowadzą do

selekcji a tym samym

są podstawowymi czynnikami ewolucji.

Ich miar

ą jest wartość przystosowawcza fenotypu osobnika

CHOROBY WYNIKAJĄCE Z MUTACJI DYNAMICZNYCH

CHOROBA SEKWENCJA ZAKRES

POWTÓRZENIA

Z. łamliwego chromosomu X CGG 6 do 60 ; 200 do 2000

Dystrofia miotomiczna CTG 5 do 37 ; ponad 100

Choroba Huntingtona CAG 6 do 34 ; 36 do 100

Rdzeniowo opuszkowa atrofia mięś. CAG 11 do 34 ; 40 do 60

Zanik jądra zębatego CAG 7 do 25 ; 49 do 88

Dysplazja obojczykowo-czaszkowa GCG 17 ; 19

Polisyndaktylia CCG, GCT, GCA 15 ; 22 do 25

Ataksja Friedreicha CTG 5 do 37 ; ponad 100

Ataksja rdzeniowo-

móżdżkowa CTG, CAG 16 do 37 ; 107 do 127

( w swojej podstawowej formie, znanych jest wiele

jej typów)

ZAMIENNOŚC MUTACYJNA – PODSTAWA EWOLUCJI

Zmiany w materiale genetycznym

są wywoływane uszkadzającym

działaniem czynników zewnętrznych; czynniki mutagenne.

Mogą one działać na:

1.

białka związane z przebiegiem podziałów komórkowych – mutacje

ilościowe chromosomów

2.

białka związane z DNA – mutacje strukturalne chromosomów

3.

strukturę cząsteczki DNA lub jej właściwości – mutacje punktowe

Zaburzenia w materiale genetycznym

– np. addukty DNA nie są jeszcze mutacjami

gdyż mogą być eliminowane w wyniku procesów naprawczych. Staja się mutacjami
dopiero gdy nie

zostaną naprawione i mogą przetrwać i być przekazane w kolejnych

podziałach komórek (przykład; mutagenne działanie promieniowanie UV)

CZYNNIKI MUTAGENNE

Ze względu na mechanizm działania dzielimy na:

1. SPECYFICZNE

– znany jest mechanizm działania na materiał genetyczny

2. NIESPECYFICZNE

– nieznany mechanizm działania lub działające

pośrednio na informację genetyczną

Pod względem budowy czynniki mutagenne dzielimy na:

1.

FIZYCZNE

2.

CHEMICZNE

3. BIOLOGICZNE

FIZYCZNE CZYNNIKI MUTAGENNE

1. Promieniowanie UV

– nieprzenikliwe, działające powierzchniowo

np. na

skórę, siatkówkę, uszkodzenie DNA to dimery zasad głownie

tyminy naprawiane przez fotoliazy, jedynie gdy nie naprawione
przed replikacja

dają trwałe błędy mutacyjne

2. Promieniowanie

jonizujące (

np

.

Rentgenowskie)

– przenikliwe,

działa bezpośrednio uszkadzając DNA; zasady lub szkielet
cząsteczki oraz pośrednio jonizując cząsteczki w karioplazmie;
powstające wolne rodniki (reaktywne formy tlenu) reagują z DNA

3. Wysoka temperatura

(czynniki

denaturujące) – działają na białka

4. Szoki osmotyczne

–

działają na budowę chromosomów

5. Pola elektromagnetyczne

–

zaburzają podziały i stabilność

makrocząstek

6. Szoki mechaniczne

(mikrowstrząsy, ultradźwięki, infradzwięki) –

zaburzają stabilność makrocząstek i struktur komórkowych

CHEMICZNE CZYNNIKI MUTAGENNE

Kwas azotawy

Hydroksylamina

Związki alkilujące

Analogi zasad azotowych

Barwniki akrydynowe

Nadtlenki

Policykliczne węglowodory

Produkty pyrolizy białek

Pochodne acetonu i benzenu

Azbest

Mykotoksyny

Środki konserwujące

Leki

Cytostatyki:

busulfan,

cyklofosfamid, aminopteryna,
azotiopryna, amethopteryna,
vinkrystyna, kolchicyna

Antybiotyki:

aktynomycyna,

daunomycyna, gryseofulwina

Psychotropowe:

chloropromazyna, diazepan,

I wiele innych substancji z którymi stykamy się w przemyśle,
gospodarstwie domowym, pożywieniu i środowisku życia

BIOLOGICZNE CZYNNIKI MUTAGENE

Podstawowym są kwasy nukleinowe - DNA i RNA ;

Transformacja komórek poprzez wprowadzanie obcych cząsteczek DNA

(bakterie, komórki eukariotyczne, zarodki)

Wirusy

– wprowadzające do komórek własny DNA lub RNA;

Mutacją jest inkorporacja wirusa – cykl lityczny i lizogenny

Transdukcja wirusowa:

Przenoszenie przez wirusy fragmentów materiału genetycznego obcego
pochodzenia:

1. naturalna

– nadmiar DNA pochodzi od poprzedniego gospodarza

2. sztuczna

– DNA wprowadzony do genomu wirusa w laboratorium,

(wektory wirusowe)

MUTAGENEZA ŚRODOWISKOWA

Najważniejsze źródła zanieczyszczeń wody i lądu:

rolnictwo

składowanie odpadów

budownictwo

ścieki miejskie

gospodarka leśna

przemysł chemiczny i ciężki

Najważniejsze źródła zanieczyszczeń na terenie miasta:

elektrownie i elektrociepłownie

transport

przemysł wytwórczy i przetwórczy

ogrzewanie mieszkań – niska emisja

spalanie odpadów

Szacunkowa liczba substancji, potencjalnych mutagenów
będących w codziennym użyciu:

aktywne składniki leków – 4 000

aktywne składniki pestycydów – 1 500

dodatki poprawiające trwałość leków – 2 000

dodatki do żywności o wartości odżywczej – 2 500

dodatki do żywności o innym przeznaczeniu – 3 000

inne związki chemiczne – 50 000

Większość mutagenów nazywanych czynnikami genotoksycznymi
wykazuje

działanie kancerogenne.

Dostają się do organizmu jako formy nietoksyczne i mogą być
metabolizowane do form toksycznych.

Działają bezpośrednio tworząc addukty z DNA lub pośrednio dając w
wyniku metabolizmu wolne rodniki

TESTY MUTAGENEZY

TESTY BAKTERIOLOGICZNE

Test Amesa:

Materiał – bakterie Salmonella typhimurium szczepu niezdolnego
do syntezy histydyny i

uzależnione od obecności tego aminokwasu

w

pożywce.

Test

mierzy

częstość mutacji powrotnych do macierzystego

szczepu

niezależnego do obecności histydyny w obecności

badanego

związku.

Test Williamsa:

Materiał – bakterie Escherichia coli ze szczepu pozbawionego
mechanizmów naprawy DNA.

Test mierzy

ilość mutacji powrotnych po naświetlaniu UV w

obecności badanego związku

KOMÓRKI SSAKÓW (in vitro) – metody alternatywne

Fibroblasty ludzkie

–

na

mutagenezę wskazuje możliwość wzrostu

komórek odpornych na analogi zasad (uzyskujących enzymy
rotujące puryny).

Hepatocyty ludzkie -

mutanty

tracą możliwość syntezy kinazy

tymidynowej i

mogą rosnąć w obecności antymetabolitów

Limfocyty ludzkie lub mysie

–

z linii odpornych na

onabainę,

tracące w wyniku mutagenezy tą właściwość

TESTY BIOLOGICZNE (in vivo)

– zwierzęta laboratoryjne

Test wykonany przynajmniej na dwu gatunkach i obu płciach

Grupa zwierząt powinna liczyć przynajmniej 50 osobników

Użycie dorosłych ale młodych zwierząt i kontynuowanie do ich
pełnego rozwoju i dorastania oraz starzenia się

Jedna grupa powinna otrzymać maksymalną, tolerowana dawkę beż
wpływu na przeżycie a pozostałe dawki odpowiednio wyższe

Sposób podawania powinien być podobny do naturalnego, tylko w
ostateczności w formie injekcji

Obok dorosłych należy badać wpływ na gametogenezę, gamety,
zapłodnienie, płody i osobniki dorastające

Wyniki powinny być opracowane statystycznie z wartością p = 0.05 i
wyższą

TESTY STOSOWANE W DLA ZWIERZĄT ORAZ POPULACYJNYCH

BADAŃ CZŁOWIEKA

Testy cytogenetyczne:

kariotyp (barwienie prążków)

łamliwość chromosomów

figury mejotyczne

Wymiana chromatyd siostrzanych

Test mikrojądrowy

Badania mutagenezy pracowników kombinatu metalurgicznego

Huta im. Sendzimira w Krakowie

Aberracje chromosomowe u pracowników różnych wydziałów

Wydział koksochemii

Wydział wielkich pieców

Inne wydziały

Staż pracy

% aberracji

Staż pracy

% aberracji

Staż pracy

% aberracji

1 – 10 lat

10 – 20 lat
20 - 30 lat

5,4
6.5
7.4

10 – 20 lat

1.07

1 – 10 lat

10 – 30 lat

5,0
4,6

Kontrola 1,7

Wymiana chromatyd siostrzanych SCE u pracowników kombinatu

metalurgicznego Huta im. Sendzimira w Krakowie

Wydział koksochemii

Wydział wielkich pieców

Inne wydziały

Staż pracy

SCE/komórkę

Staż pracy

SCE/komórkę

Staż pracy

SCE/komórkę

1 – 10 lat

10 – 20 lat
20 - 30 lat

10,20
12,30
15,15

10 – 20 lat

10.41

1 – 10 lat

10 – 20 lat

20 – 30 lat

8,33

12,00
11,60

Kontrola 7,95

Wymiana chromatyd siostrzanych SCE i aberracje chromosomowe

u mieszkańców strefy ochronnej kombinatu, centrum Krakowa i

Tokarni

Grupa

Wymiana chromatyd
siostrzanych
SCE/komórkę

Aberracje chromosomowe

% przerw

% innych aberracji

Strefa ochronna

Dzieci
Dorośli

Centrum Krakowa

Dzieci
Dorośli

Tokarnia

Dzieci
Dorośli

10,7
10,4

7,4
7,9

6,5
6,0

1,74
1,14

0,60
0,59

0,42
0,26

1,20

0,79

0,89
0,65

0,55
0,50

MUTAGENEZA I KANCEROGENEZA DYMU TYTONIOWEGO

Zapadalność na krtani w Polsce w roku 2001 (przypadków na 100 000 osób)

Płeć Zapadalność Śmiertelność

Mężczyźni 13,0 8,4

Kobiety 0,6 0,5

Zapadalność na raka płuc w Polsce w roku 2001 (przypadków na 100 000 osób)

Mężczyźni 9,8 3,2

Kobiety 14,5 9,7

SUBSTANCJE KANCEROGENNE DYMU PAPIEROSOWEGO

Substancje smoliste - 24.1 mg

Tlenek węgla – 55.0 mg

Nikotyna

– 4.1 mg

Tlenek azotu (V)

– 3.0 mg

Substancje o małym znaczeniu w
procesach mutagenezy

Lotne węglowodory:

Eten

– 1.2 mg

Propen

– 1.3 mg

1,3-butadien

– 0.4 mg

Izopren

– 3.1 mg

Związki aromatyczne:

Fluoranten

– 1.3 μg

Benzo(a)piren

– 0.2 µg

O-toluidyna

– 3.0 µg

2-naftyloamina

– 0.06 μg

Chinolina

– 18 µg

N-nitrozaminy:

Nitrodwumetyloamina

– 1 μg

Nitrozocornikotyna

– 1.7 µg

Podstawowe mutageny dymu
papierosowego

Radioizotop Po-210

– 0.004 Bq

ETAPY KANCEROGENEZY W NASTĘPSTWIE PALENIA TYTONIU

Przypadek raka krtani

ETAP WYKAZANE EFEKTY

Czynniki genotoksyczne dym tytoniowy (PWA, N-nitrozwiazki)

Uszkodzenie DNA addukty z łańcuchem

Mutacje cząsteczki DNA gen p53, utrata heterozygotyczności

Ekspresja białka p53 korelacja z cyklem komórkowym

Utrata funkcji białka p53 ekspresja onkogenów PCNA i Ki67

Efekt patologiczny płaskonabłonkowy rak krtani