Генетическая опасность загрязнения окружающей среды

Научно-технический прогресс, развитие промыш­ленности и общества в целом сопровождаются постоянным накоплением ранее существовавших и по­явлением новых мутагенных факторов. Их действие может быть особенно заметным в больших популя­циях человека. При этом даже небольшое увеличе­ние риска возникновения мутаций может привести к появлению значительного числа тяжело больных людей. Такой массовый контакт представителей це­лой популяции с мутагенным фактором возможен только в том случае, если этот физический или химический агент содержится в окружающей челове­ка среде (в воздухе, воде или почве).

Загрязнение природы, появление новых соедине­ний, с которыми контактирует человек, сопровож­дается не только повышением риска мутаций. В но­вых условиях окружающей среды некоторые рас­пространенные в популяции аллели могут проявить патологические свойства. Тогда носители подобных генов будут иметь повышенную чувствительность к окружающим неблагоприятным внешним воздей­ствиям. Например, в европейских популяциях ши­роко распространена недостаточность антитрипсина. Она может достигать 10%. В норме этот бе­лок предупреждает значительное разрушение ткани легких при любых поражениях (воспаление, нару­шение кровообращения и т.д.). Низкий уровень антитрипсина обусловлен гетерозиготностью или гомозитотностью человека по рецессивному аллелю «Z». Подобный генотип сопровождается повышен­ным риском повреждения ткани легких, а иногда и печени. Недостаточность антитрипсина приводит к значительному повышению риска воспалительных заболеваний и эмфиземы легких. Курение и загряз­нения атмосферного воздуха особенно усугубляют повреждение тканей дыхательной системы у этой группы лиц, приводя к более ранним и тяжелым па­тологическим изменениям.

Другой пример — это различия по уровню арилгидрокарбоангидроксилазы. Этот фермент участву­ет в превращении в эпоксиды углеводородов, содер­жащихся, в частности, в промышленных отходах, сигаретном дыме. Эпоксиды, в свою очередь, явля­ются сильными мутагенами, провоцируя развитие злокачественных опухолей. Содержание в организ­ме арилгидрокарбоангидроксилазы сильно колеблется даже среди представителей одной популяции. Встречаются люди с высоким, средним и низким уровнем данного фермента. Чем он выше, тем боль­ше углеводородов могут трансформироваться в эпоксиды. Загрязнение окружающей среды про­мышленными отходами и сигаретным дымом осо­бенно опасно для лиц с высоким уровнем арилгид­рокарбоангидроксилазы, так как они имеют повы­шенный риск возникновения мутаций. Например, среди больных раком легких такие пациенты состав­ляют около 30%. В то же время в общей популяции очень редко регистрируется высокое содержание это­го фермента.

Экзо- и эндогенные мутагены

Экзогенные мутагены — это факторы внешней среды, которые могут вызвать изменение наслед­ственных структур. К ним относятся физические, хи­мические и биологические воздействия. Экзогенные факторы провоцируют возникновение так называе­мых индуцированных мутаций.

К физическим мутагенным факторам относятся раз­личные виды излучений (радиация, УФ-лучи), температура, влажность и др.

Основные механизмы их действия:

1) нарушение струк­туры генов и хромосом;

2) образование свободных ради­калов, которые вступают в химическое взаимодействие с ДНК;

3) разрывы нитей ахроматинового веретена деле­ния;

4) образование димеров.

Любой человек в течение своей жизни подвергает­ся действию разнообразных условий окружающей сре­ды. Поэтому изучение экзогенных мутагенов и разра­ботка соответствующих защитных мер проводится различными Международными организациями: Все­мирной организацией здравоохранения, Международ­ной комиссией по защите от радиации, Научным Ко­митетом по действию атомной радиации ООН, и др.

К настоящему времени опубликовано большое количество работ, посвященных действию ионизи­рующей радиации. Однако остается еще много не­разрешенных вопросов, особенно касающихся влия­ния на организм человека низких доз облучения. Установлено, что даже небольшие дозы могут спровоцировать образование злокачественных опу­холей. Эти заболевания стали главной причиной по­вышенной смертности людей, оставшихся живыми после атомной бомбардировки Хиросимы и Нагаса­ки в 1945г. Самыми распространенными видами зло­качественных новообразований, вызванных радиаци­ей, являются лейкозы, рак молочной железы, рак щитовидной железы и рак легких. Эти данные полу­чены не только по результатам наблюдений в Хиро­симе и Нагасаки, но и при исследовании шахтеров урановых рудников в Канаде, Чехословакии и США.

Другим последствием действия ионизирующей ра­диации является повышенная вероятность наслед­ственного заболевания у потомков облученных людей. По данным Научного Комитета по действию атомной радиации ООН, радиационный фон в дозе 1 Гр вызо­вет рождение 15 000 детей с наследственными заболе­ваниями на миллион новорожденных. Результаты ге­нетических исследований в Хиросиме и Нагасаки, предпринятые в 1946 г., не выявили достоверного повышения частоты невынашивания беременности, мертворождений, детской смертности и врожденных поро­ков развития у потомков жертв этой трагедии. Одна­ко, у людей, постоянно контактирующих с избыточной дозой радиации, регистрируется увеличение частоты хромосомных нарушений в клетках.

Научный Комитет ООН предложил выражать ге­нетические последствия путем оценки продолжи­тельности жизни, периода трудоспособности, кото­рые при дозе облучения 1 Гр на поколение сокраща­ют эти показатели 50 000 лет на 1 000 000 потомков облученных родителей.

Химические факторы.

К химическим мутагенам относятся:

а) природные органические и неорганические вещества (нитриты, нит­раты, алкалоиды, гормоны, ферменты и др.); б) продук­ты промышленной переработки природных соединений — угля, нефти; в) синтетические вещества, ранее не встре­чавшиеся в природе (пестициды, инсектициды, пищевые консерванты, лекарственные вещества); г) некоторые ме­таболиты организма человека. Химические мутагены об­ладают большой проникающей способностью, вызывают преимущественно генные мутации и действуют в период репликации ДНК.

Механизмы их действия:

1) дезаминирование; 2) алкилирование; 3) замены азотистых оснований их анало­гами; 4) ингибиция синтеза предшественников нуклеино­вых кислот.

Лекарственные вещества, к которым относятся транквилизато­ры (талидомид, применяемый в период с 4 по 10 неделю беремен­ности, приводит к аномалиям скелета; диазепам увеличивает час­тоту рождения детей с расщелиной губы и неба), противосудорожные препараты, антикоагулянты, противоопухолевые препа­раты, гормональные препараты (стероиды), избыток или недоста­ток витаминов; химические вещества, применяемые в быту и промышленно­сти. К химическим тератогенным веществам можно отнести такие, как табак, алкоголь, бензин, бензол, формальдегид, окиси азота, ядохимикаты, свинец, пары ртути. Злоупотребление алкоголем может приводить к рождению детей с алкогольной эмбриофетопатией, которая характеризуется общей гипоплазией, недоношен­ностью, микроцефалией. У курящих женщин масса новорожден­ных, как правило, ниже нормы, часто обнаруживаются разрывы плодных оболочек и преждевременная отслойка плаценты; гипоксии различного генеза. К этой группе можно отнести за­болевания, которые приводят к кислородному голоданию плода (декомпенсированные пороки сердца, анемии, маточные крово­течения); неполноценное питание, например, недоедание матери, не­достаток цинка, магния, меди, которые могут возникать вслед­ствие безмясной диеты, приема некоторых лекарств, хронических колитов.

Значительно более сложной является задача оценки мутагенности химических соединений. В большинстве случаев для этого используют экспери­менты на животных. Однако, несмотря на опреде­ленное совпадение биологических процессов у всех видов млекопитающих, результаты подобных иссле­дований не всегда можно применить к человеку. Кроме того, приходится учитывать индивидуаль­ность обмена веществ, когда какое-либо соединение в организме конкретного человека может приобре­тать новые свойства.

К настоящему времени мутагенные свойства до­казаны для примерно 5 000 химических веществ, с которыми сталкивается человек в промышленности и в быту.

К биологическим мутагенам относятся: а) вирусы (краснухи, кори, гриппа), б) невирусные паразитарные агенты (микоплазмы, бактерии, риккетсии, простейшие, гельминты).

Механизмы их действия: 1) вирусы встра­ивают свою ДНК в ДНК клеток хозяина; 2) продукты жизнедеятельности паразитов — возбудителей болезней действуют как химические мутагены.

Причиной возникновения мутаций не всегда яв­ляется только воздействие окружающей среды.

Эндомутагенные факторы

Существуют определенные особенности самого организма человека, которые провоцируют изменения наследственного материала — эндогенные мутации. Мутации, возникающие без видимого воздействия фак­торов внешней среды, называются спонтанными. Установлено, что их средняя частота составляет 10 ⁵ ~ 10 ⁶ на 1 гамету. Но вероятность формирования мута­ций может варьировать от 10 ⁴ —10 ¹¹ в зависимости от размера, структуры и функции определенного гена, особенностей генотипа, физиологического состояния организма.

Возраст родителей.

Репродуктивной функции организма прису­щи общебиологические законы: развитие, зрелость, увядание. Следовательно, как в период становления, так и в период увяда­ния репродуктивной функции родителей наблюдается довольно частое рождение неполноценного потомства.

ВПР опорно-двигательного аппарата и дыхательной системы чаще встречаются у потомства от юных матерей. Дети с ВПР цент­ральной нервной системы и множественными пороками развития (трисомии по 13, 18, 21 хромосомам) чаще рождаются у матерей старше 35 лет. Проявления разнообразных мутаций зависит и от возраста отца (расщепление губы и неба, нарушение формирова­ния соединительной ткани и др.).

Старение половых клеток влияет на увеличение частоты мута­ций, так как у людей старше 30—35 лет снижается активность различных ферментов, увеличивается повреждаемость яйцеклеток, снижается резистентность. Также необходимо отметить, что гор­мональные расстройства чаще наблюдаются у людей в возрасте старше 35 лет.

Давно установлено, что чем старше женщина (особенно, если ей больше 35 лет), тем выше риск рождения у нее ребенка с патологи­ческими изменениями хромосом. Так, синдром Дау­на (трисомия по 21 хромосоме) диагностируется в среднем у одного из 700 новорожденных. В то же время, это заболевание определяется только у одно го из 1 800 детей 20-летних матерей. Но уже у 40-летних женщин примерно 1% новорожденных име­ют синдром Дауна. Результаты лабораторных иссле­дований показывают, что у каждого 5 ребенка, ро­дившегося от матерей возраста 43 лет, выявляется хромосомная патология. Кроме того, эти заболева­ния чаще регистрируются в потомстве очень юных женщин (моложе 18 лет) и мужчин старше 55 лет.

Увеличение частоты мутаций зарегистрировано и для потомства отцов старшего возраста. Их дети имеют повышенный риск развития таких моноген­ных заболеваний, как ахондроплазия, синдром Апера, синдром Марфана, аниридия, несовершенный остеогенез, нейрофиброматоз и т.д. Кроме того, у их внуков мужского пола есть вероятность проявления Х-сцепленной рецессивной патологии, унаследован­ной от фенотипически здоровой матери.

Эндокринные заболевания и метаболические деформации матери.

Увеличение риска рождения детей с хромосомной патологией было показано и в случаях различных аутоиммунных нарушений у родителей. Среди близ­ких родственников больных с хромосомными забо­леваниями, особенно у матерей, значительно чаще встречается сахарный диабет, высокий уровень антитиреоидных антител.

Чаще всего тератогенным эффектом обладают сахарный диабет, эндемический кретинизм, фенилкетонурии, некоторые опухоли и ряд других заболеваний. Например, сахарный диабет (6 % случаев) может вызывать такие заболевания, как диабетическая фетопатия и диабетическая эмбриопатия, проявляющиеся комплексом ВПР, из которых 37 % приходится на опорнодвигательный аппарат (ОДА), 24 % — на сердечно-сосудистую систему (ССС), 14 % — на центральную нервную систему (ЦНС).

«Перезревание» половых клеток.

Это комплекс изменений в яй­цеклетках и сперматозоидах, произошедших от момента их полно­го созревания до момента образования зиготы. В основе «перезре­вания» лежат процессы, ведущие к десинхронизации процессов овуляции и оплодотворения. Увеличение времени от момента ову­ляции до слияния спермия с яйцом приводит к снижению спо­собности яйцеклетки к оплодотворению, увеличению количества абортов и плодов с ВПР. Задержка овуляции или оплодотворения у женщины приводит к нарушению развития зародыша.

Перезревание сперматозоидов происходит в половых путях жен­щины. Это может быть результатом их недостаточной подвижности. В таких случаях, если половое сношение произошло за 1—2 дня до овуляции, в сперматозоидах возникают неблагоприятные изменения.

Перезревание яйцеклетки может происходить уже внутри фол­ликула в результате недостаточности гипофизарных гонадотропных гормонов.

Особен­ности структуры самого гена.

Д.Н. Купер и М. Кравчак (1991) установили, что присутствие в гене повторяющихся последовательностей ДНК мо­жет приводить к формированию «петель» в момент репликации. В последующем эти новые образования могут удваиваться или удаляться из генома. Изме­нения в гене могут сохраняться при дальнейших реп­ликациях, т.е. происходит мутация.

Функциональные изменения генома тоже могут по­вышать частоту мутаций. Так, известны наследственные заболевания, клиническая картина которых включает повышенный риск мутаций в соматических клетках организма, что приводит к возникновению опухолей (например, пигментная ксеродерма). Кроме того, существуют семьи, в которых регистрируется до­статочно много случаев одного и того же злокачествен­ного образования. Это так называемые «раковые се­мьи». В частности, такое накопление было установле­но для рака молочной железы. Причиной подобных явлений могут быть, например, различные нарушения функции ферментов, восстанавливающих ДНК после мутаций и обеспечивающих ее устойчивость к токси­ческим факторам внешней среды, или дефекты имму­нитета, контролирующего деление клеток.

 

Классификация мутаций

 

Существует несколько классификаций мутаций.

1. Мутации по месту их возникновения:

- генеративные — возникшие в половых клетках. Они не влияют на призна­ки данного организма, а проявляются только в следую­щем поколении.

- соматические — возникающие в сомати­ческих клетках. Эти мутации проявляются у данного орга­низма и не передаются потомству при половом размножении (черное пятно на фоне коричневой окраски шерсти у каракулевых овец, разный цвет глаз у человека). Сохранить соматические мутации можно только путем бесполого размножения (прежде всего вегетативного).

2. Мутации по адаптивному значению:

- полезные (положительные) — повы­шающие жизнеспособность особей,

- вредные — понижаю­щие жизнеспособность, человек, как правило, не доживает до репродуктивного возраста

- летальные - смертельные

- нейтральные — не влияющие на жизнеспособность особей.

Эта классификация весьма условна, так как одна и та же мутация в одних условиях может быть полезной, а в других — вредной.

3. Мутации по характеру проявления:

доминантные и рецессивные (мутации, не проявляющиеся у гетерозигот поэтому длительное время сохраняющиеся в популяции образующие резерв наследственной изменчивости).

4. Мутации по изменению состояния гена:

- прямые — пере­вод гена от дикого типа к новому состоянию,

- обратные — переход гена от мутантного состояния к дикому типу.

5. Мутации по причинам возникновения:

- спонтанные — мутации, возникшие естественным путем под действием факторов среды обитания,

- индуцированные — мутации, искусственно вызванные действием мутагенных факторов.

6. Мутации по локализации в клетке:

- ядерные

- цитоплазматические

7. Мутации по изменению фенотипа:

- аморфные – мутация произошла и признак исчез (альбинизм, алопеция (безволосость)

- гипоморфные – уменьшение выраженности признака (карликовость, микроофтальмия (маленькие глаза), микроцефалия (маленький мозг)

- гиперморфные – усиление выраженности признака (гигантизм, многопалость, повышенное оволосенение)

- неоморфные – в процессе эволюции появляется новый признак, которого ранее не было (гемоглобин, хорда, позвоночник и т. д.)

- антиморфные – вместо одного признака появился другой (вместо потовых желез появились молочные)

---

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 352; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!