Мутационный груз, его биологическая сущность и значение. Антимутагенные механизмы.

Генетический груз – часть наследственной изменчивости популяции, определяющая появление менее приспособленных особей, подвергающихся избирательной гибели в результате естественного отбора.

В 1950 г. лауреат Нобелевской премии американский генетик

Г. Мёллер в статье «Наш груз мутаций» среди ряда предположений о размерах и свойствах генетического груза у человека сделал вывод, что каждый человек является гетерозиготным носителем нескольких генов, летальных в гомозиготном состоянии - генетический груз.

 

Генетический груз:

• 73% - мультифакториальные болезни

• 18% - моногенные заболевания

• 9% - хромосомные аберрации

 

Существует 3 типа генетического груза.

 

1. Мутационный.

2. Сегрегационный.

3. Субституционный (переходный)

 

Каждый тип генетического груза коррелирует с определенным типом естественного отбора.

Мутационный генетический груз - побочное действие мутационного процесса. Стабилизирующий естественный отбор удаляет вредные мутации из популяции. Мутационный груз возникает за счет повторных мутаций. Его объем определяется частотой мутаций во всех локусах, дающих отрицательные изменения.

Сегрегационный генетический груз – характерен для популяций, использующих преимущество гетерозигот. Удаляются хуже приспособленные гомозиготные особи. Если обе гомозиготы летальны – половина потомков погибает. Сегрегационный груз — это часть генетического груза, унаследованная людьми современных поколений от людей, принадлежавших к поколениям, жившим на протяжении многих предыдущих веков. Возможно, этот груз пришел к предыдущим и современным поколениям от предков, живших на разных этапах антропогенеза. Можно сказать, что сегрегационный груз представлен «старыми» мутациями.

Субституционный генетический груз – происходит замена старого аллеля новым. Субституционный груз возникает при изменениях в условиях среды, когда аллель, ранее обеспечивающий адаптивную норму, становится отрицательным. В этих условиях частоты обеих аллелей – старого, потерявшего приспособительное значение, и нового – еще достаточно велики, это вызывает полиморфизм и заметное проявление генетического груза за счет старого аллеля. Соответствует движущей форме естественного отбора и переходному полиморфизму. Генетический полиморфизм создает все условия для протекающей эволюции. При появлении нового фактора в среде популяция способна адаптироваться к новым условиям. Например, устойчивость насекомых к различным видам инсектицидов.

Сбалансированный груз имеет место тогда, когда отбор в разных направлениях действует на гомозиготы и гетерозиготы (пример с HbS). Сбалансированный генетический груз обусловлен влиянием полиморфизма с преимущественным сохранением генотипов в гетерозиготном состоянии (АВ>АА и ВВ) и при проявлении сверхдоминирования (Аа>АА). Следовательно, при сбаланси­рованности генетического груза в генотипах АВ или Аа гетеро­зиготные особи проявляют более высокую приспособленность к условиям среды, что повышает их жизнеспособность. Это под­тверждает положительное действие полиморфного состояния локусов многих ферментных белков, расширяющих приспособ­ленность организмов, так как гетерозигота обладает большей возможностью реакции на разнообразие условий среды.

Наиболее хорошо известны следующие типы сбалансированного груза:

 

1) Груз, создаваемый невыгодностью гомозизот. Этот груз создается выщеплением вредных гомозигот по локусам, по которым приспособленность гетерозиготы выше, чем приспособленность одной из гомозигот. В каждом случае сбалансированного полиморфизма всегда создается такой груз.

2. Груз несовместимости. У млекопитающих этот груз представляет собой результат вредного антигенного взаимодействия между эмбрионом и матерью вследствие несовместимости их генотипов. Вероятность гибели человеческого эмбриона с группой крови А или В приблизительно на 10% выше в случае, если его мать имеет группу крови 0, чем, если она имеет ту же группу, что и эмбрион. Смертность в эмбриональном периоде, вызываемая несовместимостью в локусе АВ0, составляет приблизительно 2,4% (Кроу и Мортон, 1960). Эта смертность быстро привела бы к элиминации сравнительно более редких генов, если бы она не компенсировалась другими факторами, вероятно, селективным преимуществом гетерозигот.

3. Груз, создаваемый гетерогенностью внешних условий. Эта форма генетического груза сходна с иммиграционным грузом. [Данный вопрос разобран в работе В.Гранта (1991). В популяционных системах, способных к обмену носителями генетической информации, возникает проблема элиминации этих носителей (в первую очередь, диплоидных), оказавшихся не на своем месте. В результате генотипы, адаптированные к одной нише, погибают, оказавшись в смежной нише. Это явление называется генетическим грузом, вносимым особями, оказавшимися «не на месте».

Антимутагены - факторы, снижающие частоту мутаций. К антимутагенам, поддерживающим определённый уровень спонтанных мутаций, относят ферментные системы, осуществляющие исправление (репарацию) генетического материала, а также естественные метаболиты клетки, препятствующие действию внутренних мутагенов (например, каталаза разрушает перекись водорода, обладающую мутагенным эффектом). Мутагенный эффект может быть также снижен различных физическими факторами, такими, как видимый свет (фотореактивация) или низкая температура. Для химических мутагенов обнаружены специфические отношения мутаген - антимутаген. Так, мутагенный эффект аналогов пуриновых оснований снимают пуриновые рибозиды, но не пиримидиновые рибозиды.