Генетические последствия загрязнения окружающей среды. Введение Мутация
2.2 Кластогены. 7
- История открытия мутагена. 11
- Загрязнение окружающей среды……………………………….…….12
Список использованной литературы…………………………. ……21
Введение
Влияние человека на природу привело к нарушению природной гармонии. Связи с этим перед людьми встала огромная проблема- загрязнение окружающей среды. Проблема загрязнения окружающей среды становится острой в связи с ростом промышленного и сельскохозяйственного производства, а также в связи с качественными изменениями под влиянием научно-технического прогресса. Следует отметить, что в конечном продукте остается лишь 1-2% использованных природных ресурсов, и большая часть идет на отходы, которые не могут быть поглощены природой. Отходы производственной деятельности все больше загрязняют литосферу, гидросферу и атмосферу Земли. Адаптивные механизмы биосферы не справляются с нейтрализацией значительного количества вредных веществ, и естественные системы начинают отказывать.
Влияние загрязнения на живые организмы может варьироваться от незначительных заболеваний до более серьезных заболеваний, таких как рак или физические деформации. Загрязнение происходит, когда загрязнители влияют на естественную среду, что приводят к изменениям, которые отрицательно влияют на образ жизни.
Искусственные материалы, промышленные отходы и даже повседневно используемые автомобили (автомобильный смог) оказывают плохое влияние на окружающую среду. В атмосферу ежегодно поступают большое количество видов энергии (радиация и т.д.), твердых, газообразных, жидких веществ, которые негативно отражаются на человеке, животных, растений. Эти вещества, проникая в биосферу, вызывают загрязнение почты и воздуха, промышленное загрязнение воды и нарушают экологическое равновесие. Загрязнение нарушает экосистему и баланс окружающей среды. С модернизацией и текущим развитием загрязнение достигло своего пика; глобальное потепление и болезни, связанные с загрязнением, находятся на подъеме.
При загрязнении природы имеется много факторов, которые могут проникать в клеточную структуру и изменить их генетическую структуру. Эти факторы называются мутагенами. В генетике мутаген- это физический или химический агент, который изменяет генетический материал, обычно ДНК, организма и, таким образом, увеличивает частоту мутаций выше уровня естественного фона. Поскольку многие мутации могут вызвать рак, мутагены, следовательно, вероятно могут быть карциногенами (но не во всех случаях). Или могут изменять структуру нуклеотидов – кластогены.
Целью этой работы является рассмотреть классификацию мутагенов. проанализировать термин «мутагенез». Рассмотреть к каким разнообразным изменениям приводят эти факторы. По подробнее изучить загрязнение воздуха, почвы, воды и радиационное загрязнение, и каким последствиям приводят эти факторы на живые организмы.
1. Мутация
Мутагенез — это процесс, посредством которого генетическая информация в организме изменяется в результате мутации . Является одним из видов изменчивости. Это может происходить спонтанно в природе, или в результате воздействия мутагенов . Это также может быть достигнуто экспериментальным путем с помощью лабораторных процедур. Такие мутации называются индуцированными. В природе мутации могут привести к раку и различным наследственным заболеваниям , а также является движущей силой эволюции. Мутагенез как наука был разработан на основе работы, проделанной Герман Мюллер , Шарлотта Ауэрбах и Дж. М. Робсон в первой половине 20-го века.
Мутант- организм, в чьих клетках обнаружена мутация. Это происходит, если организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры). В некоторых случаях мутация встречается не во всех соматических клетках организма, такой организм называется генетической мозаикой. Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза — индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути — клетках-предшественниках спор и гаметах). В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами.
Мутагенез может возникать в результате наличия мутагенов окружающей среды, которые вызывают изменения в ДНК. Нуклеиновые кислота является хранителем и переносчиком наследственной информации. Изменения выражаются в виде хромосомных перестроек или генных мутаций. Кроме того, возможны нарушения митотического аппарата клеточного деления, что ведет к геномным мутациям типа полиплоидии или анеуплоидии . Механизм, с помощью которого возникает мутация, зависит от возбудителя- мутагена[1].
Мутации не происходят мгновенно. Вначале под воздействием мутагенов имеется предмутационное состояние клетки. Различные репаративные системы стремятся устранить это условие, и тогда мутация не реализуется. Системы восстановления оснований состоят из различных ферментов, которые кодируются в генотипе клеток (тела). Таким образом, мутагенез находится под генетическим контролем клетки; это не физико-химический, а биологический процесс.
Например, ферментные системы репарации вырезают поврежденный участок ДНК, если повреждена только одна нить (эту операцию выполняют ферменты эндонуклеазы), затем вновь достраивается участок ДНК, комплементарный по отношению к сохранившейся нити (эту операцию выполняют ДНК-полимеразы), затем восстановленный участок сшивается с концами нити, оставшимися после вырезания поврежденного участка (эту операцию выполняют лигазы).
Существуют более тонкие механизмы репарации. Например, при утрате азотистого основания в нуклеотиде происходит его прямое встраивание (это касается аденина и гуанина); метильная группа может просто отщепляться; однонитевые разрывы сшиваются. В некоторых случаях действуют более сложные, малоизученные системы репарации, например, при повреждении обеих нитей ДНК.
Однако при большом количестве повреждений ДНК они могут стать необратимыми. Это связано с тем, что: во-первых, репарационные системы могут просто не успевать исправлять повреждения, а во-вторых, могут повреждаться сами ферменты систем репарации, необратимые повреждения ДНК приводят к появлению мутаций – стойких изменений наследственной информации[2].
2. Мутагены
Мутагены могут вызывать изменения ДНК и поэтому являются генотоксичными. Они могут влиять на транскрипцию и репликацию ДНК, которая в тяжелых случаях может привести к гибели клеток. Мутаген производит мутации в ДНК, и мутации могут привести к аномалиям, нарушение или потеря функции определенного гена, и накопление мутаций может привести к возникновению рака. Мутагены поэтому быть могут также карциногенами.
2.1 Канцерогены
Канцероген- это любое вещество, радионуклид или излучение, которое способствует канцерогенезу, то есть образованию рака. Это может быть связано с способностью повреждать геном или нарушать клеточные метаболические процессы. Несколько радиоактивных веществ считаются канцерогенами, но их канцерогенная активность приписывается излучению, например гамма-лучам и Альфа-частицам, которые они выделяют. Распространенными примерами нерадиоактивных канцерогенов являются вдыхаемый асбест, некоторые диоксины и табачный дым. Хотя общественность обычно связывает канцерогенность с синтетическими химическими веществами, она в равной степени может возникнуть как в природных, так и в синтетических веществах. Канцерогены не обязательно сразу токсичны, но их действие может быть коварным.
Рак- это заболевание, при котором нормальные клетки повреждаются как со скоростью деления митоза и подвергаются к незапланированной гибели клеток. Канцерогены могут увеличить риск развития рака путем изменения клеточного метаболизма или повреждения ДНК непосредственно в клетках, что препятствует биологическим процессам и вызывает неконтролируемое злокачественное деление, что в конечном итоге приводит к образованию опухолей. Обычно серьезное повреждение ДНК приводит к запрограммированной гибели клеток, но если запрограммированный путь смерти клеток поврежден, то клетка не может помешать себе стать раковой клеткой [3].
Есть много естественных канцерогенов. Например, афлатоксин B1, которую вырабатывает гриб Aspergillus flavus, растущим на хранящихся зернах, орехах и арахисовом масле, является примером мощного, встречающегося в природе микробного канцерогена. Было обнаружено, что некоторые вирусы, такие как вирус гепатита B и вирус папилломы человека, вызывают рак у людей. Первым, кто показал, что он вызывает рак у животных, является вирус саркомы Руса, обнаруженный в 1910 году Пейтоном Русом. Другие инфекционные организмы, которые вызывают рак у людей, включают некоторые бактерии (например, Helicobacter pylori- вызывает рак желудка) и гельминты (например, Opisthorchis viverrini- рак желчных протоков и Clonorchis sinensis).
Диоксины и диоксиноподобные соединения, бензол, Этилендибромид , и Асбест, бензо(а)пирен, нитрозамин табачный и промышленный дым были классифицированы как канцерогенные. И о каждом по подробнее:
Диоксины и диоксиноподобные соединения — соединения , которые являются стойкими органическими загрязнителями (соз) и высокотоксичными для окружающей среды . Они в основном побочные продукты различных производственных процессов ( таких как производство пластмасса). Даже малое количество является ядoм для живого организма. Они накапливаются в жировых тканях, так как долго разлагаются. Его накопление способствует:
- Развитию онкологических заболеваний
- Снижению иммунитета
- Нарушению деятельности рецепторов [4].
Бензол он имеет свойство накапливаться в жировых тканях и при длительном воздействии оказывать мутагенное и канцерогенное воздействие, а также при высокой концентрации в атмосфере или длительной экспозиции приводить к токсическим поражениям печени. Выводится в основном с мочой и потом. Бензол является природным компонентом сырой нефти и является одним из элементарных продуктов нефтехимии [4].
Этилендибромид используется в антидетонационных смесях, применяется в качестве фумиганта и растворителя смол, известен как промежуточный продукт в производстве красителей и фармацевтических препаратов.
В окружающую среду может поступать с выбросами и сточными водами предприятий, производящих и использующих этилендибромид. Они накапливаются в печени, почках, сердцах, селезенке и вызывают дегенеративные поражения.[6]
Все виды асбестовых волокон, как известно, вызывают серьезные опасности для здоровья человека включая рак. Амозита и крокидолита считаются наиболее опасные асбестовые волокна. Оно широко применяется в различных областях промышленности как в чистом виде, так и в соединении с другими материалами (цементом, тканями, картоном и др.) [5].
Бензо(а)пирен . Основным источником атмосферного бензо(а)пирена является сжигание древесины. Он также содержится в каменноугольной смоле, в автомобильных выхлопных газов (особенно с дизельными двигателями), в дыме, образующегося при сгорании органического вещества (включая сигаретный дым), и в углях еды. В 2001 году Национальный институт исследования рака обнаружили, что уровни бензо(а)пирена значительно выше в продуктах, которые были приготовлены на барбекю, в особенности стейках, в курице с кожей, и гамбургерах: вареные мясные продукты, как было показано, содержат до 4 НГ/г бензо(а)пирена, до 5,5 НГ/г в жареной курице и 62,6 НГ/г в пережаренных углях жаренной говядины [6].
Нитрозамины используются при изготовлении некоторых косметических средств , пестицидов , и в большинстве резиновых изделий. В 1970-х годах в Норвегии у сельскохозяйственных животных была зафиксирована высокая частота рака печени . Животные были сыты на сельдь, которая была сохранена с использованием нитрита натрия. Нитрозамины могут вызывать раковые заболевания в различных видов животных, что свидетельствует о том, что они также могут быть канцерогенными для человека.
После того как карциноген проникает в тело, тело пытается исключить ее с процессом биотрансформации. Цель этого процесса сделать канцироген более водорастворимыми так, что ее можно извлечь из тела. Однако, в некоторых случаях, эти реакции могут также преобразовать менее токсичные карционогены в более токсичные [4].
2.2 Кластогены
Разные мутагены действуют на ДНК по-разному. Мощные мутагены могут привести к хромосомной нестабильности, вызывая хромосомные разрывы и перестройку хромосом, такие как транслокация, удаление и инверсия. Такие мутагены называются кластогенами
Кластогены являются мутагенным агентом, который повышает или вызывает сбои или разрушение хромосом, что приводит к удалению, добавлению или изменению участков хромосом. Этот процесс является формой мутагенеза и может привести к канцерогенезу, поскольку клетки, которые не убиты кластогенным эффектом, могут стать раковыми. Воздействие кластогенов увеличивает частоту аномальных зародышевых клеток у самцов по отцовской линии, что влияют эффектам развития у плода при оплодотворении [7].
Потеря участка хромосом называется удалением или делеция. Удаление части хромосомы — очень редкое событие. Он вызывает некоторые поразительные генетические и морфологические / физиологические последствия. Каждое удаление вызывает целый ряд симптомов, которые характеризуют аномалию и называются синдромом.
Удаление в хромосоме №. 22 связан с хронической миелоидной лейкемией. Этот синдром называется «Филадельфия 22». Удаление в 5 хромосоме приводит к синдрому Cri-du-chat (синдром кошачьего крика), где индивидуумы производят мяуканье, как кошка в детстве. Они также обладают некоторыми уникальными чертами лица и демонстрируют серьезную физическую и умственную отсталость [9].
Наличие дополнительного сегмента хромосомы (по сравнению с нормальным набором хромосом) в ядре известно как дупликация. В этом процессе участок хромосомы добавляется к другой хромосоме. Дополнительная часть хромосомы представляет собой дублирование, то есть сохраняется та же последовательность (abcabc). Это называется тандемное дупликация. Когда последовательность генов происходит в обратном порядке, то это обратная дупликация (abccba). Обратная дупликация почти такая же, как тандемная дупликация, но здесь дополнительный участок инвертирован. Иногда дополнительный участок находится в той же хромосоме, но вдали от нормального сегмента. Такие случаи называются смещенной дупликацией [9].
В целом, дупликация не приводит к каким-либо серьезным последствиям, как удаление. Было высказано предположение, что увеличение содержания ДНК клетки сопровождает процесс эволюции; происхождение новых генов с различными функциями было возможно только при явлении дупликации [10].
Когда участок хромосомы ориентирован в обратном направлении, то это явление называется инверсией. Для этого необходимо два разрыва в хромосоме. Сегмент вращается на 180 градусов и снова сшивается между разрывами. В результате линейный порядок участка становится противоположным по сравнению с его нормальным гомологичным участком.
Предположим, что нормальный порядок нескольких генов в сегменте хромосомы ABCDE (в исходной хромосоме). Если происходит инверсия между B и D (т. Е. Сегмент BCD), порядок генов в инвертированном сегменте будет ADCBE [8].
Однако инверсия может быть двух типов — парацентрической инверсии и перицентрической инверсии. Если инвертированный сегмент не содержит центромеру, его называют парацентрической инверсией. Но если он содержит центромеру, он называется перицентрической инверсией [7].
Обычно инверсии не оказывают влияния на внешние признаки организма и не приводят к патологиям. Существует, однако, предположение, что у женщин с инверсией определенного участка девятой хромосомы вероятность выкидыша при беременности возрастает на 30 % [8].
Перемещение участка хромосомы в другую часть той же хромосомы или перемещение в другую хромосому известна как транслокация. Виды транслокации: реципрокные транслокации, робертсоновские транслокации [9].
При реципрокной транслокации разрыв происходит в двух не гомологичных хромосомах, после чего происходит вшивание участков. При их формировании не происходит потеря генетического материала. Является частой хромосомной мутацией в человеческой популяции. Частота в одном поколении составляет от 700 до 1300 носителей. Носители реципрокных транслокаций, как правило, фенотипически нормальны, при этом имеют повышенную вероятность бесплодия, сниженной фертильности, спонтанных выкидышей и рождения детей с врождёнными наследственными заболеваниями, так как половина гамет у них генетически несбалансирована из-за неравновесного расхождения перестроенных хромосом в мейозе [10]
Робертсоновская транслокация, или центрическое слияние — хромосомная перестройка , при которой происходит слияние двух акроцентрических хромосом (хромосома, у которой центромера находится вблизи одного из концов, при этом одна из плеч длиннее) с образованием одной метацентрической (хромосома с центрально расположенной центромерой и практически равными по длине плечами) или субметацентрической хромосомы (неравноплечая хромосома, у которой одно плечо ненамного больше другого) . При этом происходит транслокация целого плеча. Робертсоновские транслокации это межхромосомные перестройки. Частота таких мутации составляет 1:1000 новорождённых. Их носители фенотипически нормальны, однако у них существует риск самопроизвольных выкидышей и рождения детей с несбалансированным кариотипом, который существенно варьирует в зависимости от хромосом, вовлеченных в слияние, а также от пола носителя. Большинство Робертсоновских транслокаций затрагивают 13-ю и 14-ю хромосомы.
Числовые хромосомные аберрации описывают изменение числа целых хромосом или всего набора хромосом.
Обычно люди имеют диплоидный набор хромосом. Этот диплоидный набор хромосом состоит из 22 пар аутосом, причем в каждом наборе одна хромосома приходит от матери и другой от отца. Затем появляются две половые хромосомы X и Y, в результате чего хромосомный набор соматических клеток состоит из 46 хромосом. В целом численные хромосомные аберрации являются геномными мутациями и обусловлены неправильным распределением хромосом по дочерним клеткам[12].