1. Начало
  2. Енциклопедия
  3. Генетика
  4. Мутагенеза

Мутагенеза


Въведение

Мутагенезата е процес, при който дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК) в организма се променят, което води до генна мутация. Мутацията е постоянна и наследствена промяна в генетичния материал, която може да доведе до промяна в протеиновата функция и от там до фенотипни промени. ДНК се състои от нуклеотиди, които съдържат фосфатен скелет, дезоксирибозна захар и една от четирите азотсъдържащи бази (аденин [А], гуанин [G], цитозин [С] и тимин [Т]). ДНК мутагенезата възниква спонтанно в природата или в резултат на мутагени (агенти склонни да изменят ДНК). Молекулярно-генетичните техники, като полимеразната верижна реакция (PCR), революционизират начина на получаване и изследване на мутации. Мутагенезата е движещата сила на еволюцията, но също така може да доведе и до рак и наследствени заболявания.

Замяната на единични базични двойки са най-честата причина за човешката патология. Пример е сърповидноклетъчната анемия, при която единична мутация на базична двойка води до заместване на аминокиселината глутамат с валин. В други случаи заболяванията при човек са резултат от комбинация на инсерции, делеции, дупликации, инверсии, експанзии, сливания и сложни пренареждания. Например, амплификация на CGG в гена FRM1 причинява синдрома на чупливата Х хромозома, докато слетият протеин BCR-ABL води до хронична миелоидна левкемия (CML).

Мутагенеза MedGuide.bg Медицинският пътеводител

Биохимия

Трябва да се отбележи, че не всички ДНК мутации оказват влияние върху протеиновия синтез и функция. Има различни видове мутации, като тихи, missense, nonsense и промяна в рамката на четене.

Тихата мутация е нуклеотидно заместване, при което се кодира една и съща аминокиселина; следователно, няма промяна в аминокиселинната последователност и протеиновата функция.

Мissense мутация е тази, при която заместването на нуклеотиди води до промяна на аминокиселина. Мissense мутациите имат вариабилни ефекти и могат да доведат до намалена или променена протеинова функция (например, сърповидноклетъчна анемия).

Nonsense мутация е тази, при която заместването на нуклеотиди води до нов стоп кодон, който включва UGA, UAA и UAG (запомнете съответно мнемоничното „U Go Away, U Are Away и U Are Gone“). Тези протеинови продукти са скъсени и често нефункционални (например, муковисцидоза).

Мутация с изместване на рамката на четене възниква чрез инсерция или делеция на нуклеотиди, които не се делят на 3, което води до погрешно четене на нуклеотидите надолу по веригата. Тези протеини могат да бъдат по -къси или по -дълги и протеиновата функция може да бъде нарушена или променена (например мускулна дистрофия на Дюшен).

Други видове мутации съществуват и извън кодиращата секвенция. Те включват мястото на снаждане, промоторната или енхансерната последователност и мутации на стоп кодона. Например при някои форми на В-таласемия, мутация в мястото на снаждане води до използването на криптирани места на снаждане, което пък води до нарушен синтез на В-глобин.

Мутагенеза MedGuide.bg Медицинският пътеводител

Функция

Мутагенезата е движещата сила на еволюцията и генетичните вариации в природата са резултат от мутации.

Всяка промяна в генетичния код може да доведе до благоприятни или неблагоприятни фенотипни характеристики, които повлияват издръжливостта и способността за оцеляване на организма. Когато мутацията води до по-висока издръжливост, естественият подбор благоприятства тези фенотипове и тези черти са по-склонни да бъдат предадени на потомството.

Механизъм

Мутагенезата възниква в резултат на грешки в репликацията на ДНК, на увреждане на ДНК и на лабораторни техники. Тук ще разделим мутагенезата на ендогенни и екзогенни причини.

Ендогенни

Грешки при репликацията на ДНК

Нашето тяло притежава ДНК полимерази с висока и ниска точност. Въпреки че процентът на грешки е минимален, полимеразите с висока точност и механизмите за възстановяване на несъответствия (MMR) все пак правят 1 на 10^6 до 10^8 замествания на база на клетка за поколение. Освен това някои грешки възникват поради приплъзване на репликацията при повтарящи се последователности, което може да доведе до инсерция и делеция. Ако тези грешки не бъдат поправени преди следващия цикъл на ДНК репликация, възниква мутация.

Грешки в механизмите на възстановяване на ДНК

Отговорът на ДНК увреда (DDR) представлява група механизми, които откриват ДНК увреди и водят до възстановяване. Грешки при поправката или мутации, засягащи DDR мрежата, причиняват различни видове рак. Има множество механизми за възстановяване на ДНК, включително mismatch репарация (MMR), базово-ексцизионна репарация (BER), нуклеотид-ексцизионна репарация (NER), транслезийна синтеза (TLS), хомоложна рекомбинация (HR) и нехомоложно лигиране на терминални участъци (NHEJ). Ако някой от тези механизми за възстановяване се обърка, клетката е предразположена към ДНК увреди.

Например, Xeroderma pigmentosum (рядко срещано автозомно рецесивно кожно заболяване, което прави човек силно предразположен към развитие на рак на кожата) се причинява от мутация в NER пътя, водеща до натрупване на UV-свързани увреждания.

Системите за възстановяване TLS и NHEJ представляват интерес за ендогенната мутагенеза. По време на репликацията полимеразите с висока точност се затрудняват да преминат през повредени бази (например пиримидинови димери или ДНК с крослинк) което забавя репликацията. Неуспехът на рестартиране на репликацията може да доведе до двуверижни скъсвания, хромозомни пренареждания и клетъчна смърт. Следователно е често от полза да се заобиколят тези репликативни прекъсвания, за да се промотира оцеляването на клетките. Един от механизмите за постигане на това е системата TLS. TLS включва ДНК полимерази с по-големи активни места, които им позволяват да толерират и заобикалят ДНК лезии. Това обаче идва за сметка на по-ниската точност на репликацията и висок процент грешки, което води до по -голяма вероятност от замяна набази. В други случаи участва NHEJ, механизъм за възстановяване на двуверижни ДНК скъсвания. Той обединява два края на ДНК фрагменти, без да изисква хомоложни последователности. Следователно това може да доведе до делеция и инсерция.

Спонтанно дезаминиране на базите

То се наблюдава, когато нуклеотидната база губи аминова група, при което нуклеотидът се променя. Основните реакции на дезаминиране са следните: цитозин към урацил (U), аденин до хипоксантин, гуанин до ксантин и 5-метил цитозин (5mC) към тимин. Ако тези промени не бъдат поправени, последователността в ДНК молекулата може да се промени. Например, ако цитозинът се дезаминира до урацил, след два цикъла на репликация ще има нова A: T мутация. Този преход от G: C към A: T съставлява 33% от единичните мутации, които водят до наследствени заболявания при хората.

Окислително увреждане на ДНК

В нормалната клетъчна физиология реактивните кислородни радикали (ROS) са страничен продукт от електронно -транспортната верига (ETC) и други клетъчни процеси. ROS изпълняват основни клетъчни функции, включително редокс сигнализация и имунна защита. Въпреки това, в големи количества, увреждат клетката и нейната ДНК. Описани са 100 различни оксидативни нарушения на базите и 2-дезоксирибозни модификации. Пример за това е окисляването на въглерод #8 от гуанин, образувайки 8-оксогуанин (8-OG). 8-OG неправилно се сдвоява с аденин (вместо с цитозин), което води до преход от G: C към A: T. Известно е, че излишъкът от ROS е свързан с много заболявания, включително болест на Алцхаймер, рак и сърдечна недостатъчност.

Метилиране на бази: S-аденозилметионин (SAM) е молекула, използвана като донор на метил по време на физиологичното ДНК метилиране. При концентрация 4×10^-5M, SAM може да генерира над 4000 метилирани  промени в базите на една клетка за 1 ден. Значението на това може да се докаже с метилираните продукти О6-метилгуанин и О4-метилтимин, които са силно мутагенни и водят до преходни мутации от G: C към A: T и  от T: A към C: G.

Абазични места (т.е. апуринови и апиримидинови места)

Всеки ден се появяват приблизително 10 000 абазични места чрез спонтанна хидролиза или разцепване на ДНК гликозилаза. Абазичните места са нестабилни и обикновено се отстраняват от ендонуклеази. В други случаи те се поправят от TLS полимерази. Ако тези места на повреда не бъдат коригирани, мофат да доведат до мутагенеза.

Екзогенни

Йонизиращо лъчение (IR)

IR се излъчва от почвата, радона, медицинските устройства и космическата радиация, наред с други източници. То може да увреди ДНК директно (напр. прекъсване на ДНК веригата) или косвено (напр. чрез радиолиза на водни молекули, произвеждащи ROS). Йонизиращото лъчение може да генерира редица нарушения на нуклеотидните бази, подобни на тези, обсъдени относно ROS, които водят до мутагенеза.

Ултравиолетово (UV) лъчение

UV светлината е с дължина на вълната между 100 до 400 nm, като най -вредното излъчване е при по -ниски дължини. UV светлината уврежда ДНК чрез директен и индиректен (към близките молекули) пренос на енергия. Двата основни продукта на UV увреждането са пиримидиновите димери и фотопродуктите от пиримидин пиримидон. Тези странични продукти изкривяват ДНК спиралата, изисквайки системата NER или склонните към грешки TLS полимерази да ги заобиколят. Известно е, че пиримидиновите димери причиняват замествания от C: G до T: A, от T: A до C: G и тандемни мутации на CC към TT.

Алкилиращи агенти и ароматни амини

Алкилиращите агенти (напр. аотен иприт, метилметансулфонат [MMS], етилметансулфонат [EMS], N-етил-N-нитрозокарбамид [ENU]) имат висок афинитет към азота в нуклеотидните бази, главно N3 аденин и N7 гуанин. MMS, например, реагира с аденин и гуанин, при което се получава съответно N3-метиладенин и N7-метилгуанин. Тези метилови продукти са податливи на разцепване на N-гликозидната връзка, което може да създаде абазични места. Ароматните амини (например 2-аминофлуорен, преди използвани в инсектициди) се метаболизират от CYP450 и се превръщат в алкилиращи агенти. Тези продукти причиняват главно нарушения в C8 на гуанина. Това води до заместване на базата и мутации с изместване на рамката на четене.

Полициклични ароматни въглеводороди (PAH)

PAHs (например дибензо [а, 1] пирен, нафталин, антрацен и пирен) са въглеводородни съединения с два или повече ароматни пръстена. Те присъстват в тютюневия дим, изгорелите газове, овъглените храни и продуктите от горене на изкопаеми горива и органични вещества. Ензимите CYP450 превръщат PAHs в реактивни междинни продукти, които се интеркалират в ДНК, като в крайна сметка образуват ДНК аддукт (сегмент от ДНК, свързан с химично вещество, причиняващ рак). Това води до увреждане на ДНК и по този начин може да се причини мутагенеза.

Crosslinking

Crosslinking възниква, когато два нуклеотида образуват ковалентна връзка. Вещества, които обикновено се асоциират с crosslinking са циклофосфамид, цисплатин и псоралени. Междуверижният crosslinking блокира репликацията на ДНК и това изисква поправка или заобикаляне. TLS е един от тези механизми за възстановяване и е свързан с високи нива на заместване.

Инсерционна мутагенеза

Това е процесът, чрез който екзогенна ДНК се интегрира в ДНК на гостоприемник. Инсерционната мутагенеза може да бъде естествена, медиирана от транспозони или вируси или осъществена в лаборатория. Имайки предвид, че се добавят нуклеотиди, инсерционната мутагенеза обикновено води до мутации с изместване на рамката на четене.

Други токсини

Афлатоксинът е естествен токсин от Aspergillus. CYP450 метаболизира афлатоксина в активна форма, която се свързва с N7 гуанин и води до депуриниране. Афлатоксинът е добре установен чернодробен канцероген, свързан с хепатоцелуларния карцином. N-нитрозамините са органични съединения, които обикновено се срещат в тютюневия дим, консервираното месо и околната среда. Те се метаболизират от CYP450 и образуват ДНК алкилиращи агенти. N-нитрозамините са свързани с рака на назофаринкса, хранопровода и стомаха.

Лабораторни техники

Различни лабораторни техники, включително PCR, не-PCR и инструменти за редактиране на гени, се използват за индуциране на мутагенеза. Те са обсъдени допълнително в раздела “Тестване/Методи” по-долу.

Тестване

Мутагенезата е способ, използван в молекулярната биология за създаване на мутантни гени, протеини и организми. Две от основните техники са сайт-насочената мутагенеза (SDM) и произволната и обширната мутагенеза (REM). Тези методи се осъществяват до голяма степен чрез полимеразна верижна реакция (PCR) и неполимеразна верижна реакция (не-PCR). Други методи за осъществяване на мутагеназа включват CRISPR/Cas9 технология, TALENs (транскрипционни активатор-подобни ефекторни нуклеази) и цинково-пръстови нуклеази (ZFN).

Сайт-насочена мутагенеза

SDM е техника, при която ДНК може да бъде модифицирана в определено нуклеотидно място, водейки до предварително определена аминокиселинна промяна. Тези заместващи мутации могат да доведат до драстични промени в протеиновата конформация и функция. Тази техника изисква (1) ДНК матрица с прицелен ген, (2) познаване на нуклеотидната последователност на целевия ген и (3) кратък праймер (обикновено 20 до 30 двойки бази), допълващ целевата последователност, който е модифициран така, че да съдържа несъответстващ нуклеотид (обикновено 1 до 3 двойки бази, които предизвикват промяна на аминокиселина). Генералният начин на извършване SDM е следният:

  • Стъпка 1: Разделяне на двете нишки на матричната ДНК. Това може да се постигне чрез нагряване или алкален разтвор.
  • Стъпка 2: Добавяне на модифицирания ДНК праймер. След като ДНК праймерът се свърже с едната верига, ДНК полимеразата я репликира.
  • Стъпка 3: Вторият цикъл на репликация създава мутантна ДНК верига, която може да се използва за синтезиране на модифицирания протеин.

Техники за изпълнение на SDM

PCR и не-PCR техниките са in vitro методи за извършване на SDM. In vitro синтезът има четири основни компонента: ДНК матрица, модифицирани праймери, дезоксирибонуклеинови нуклеозидни трифосфати (dNTPs (т.е. dATP, dCTP, dGTP, dTTP]) и ДНК полимераза (термостабилна или термолабилна). Техниката на полимеразната верижна реакция използва термостабилни ДНК полимерази (например Taq, Pfu и Vent), поне два различни праймера и множество цикли на нагряване и охлаждане (средно 30 цикъла). Всеки цикъл има три фази: денатурация (приблизително 95 градуса по Целзий), хибридизация (приблизително 55 градуса по Целзий) и удължаване (приблизително 72 градуса по Целзий). Във фазата на денатурация молекулата на матричната ДНК се разделя на две едноверижни молекули. Във фазата на хибридизация  модифицираната база на праймера се сдвоява с последователността, която представлява интерес. И накрая във фазата на удължаване свързаните праймери се удължат според нишката на шаблона.

Предимството на PCR е, че работи благоприятно с различни ДНК матрици (т.е. едно- или двуверижна ДНК и богати на GC региони) и произвежда милиони копия на целевия ген. Недостатъкът е, че има по-малка вярност на последователността (т.е. термостабилните полимерази са по-податливи на грешки в сравнение с термолабилните полимерази). Техниката на неполимеразната верижна реакция включва термолабилни ДНК полимерази, праймер и постоянна температура на реакцията (например 37 градуса по Целзий). При този метод матрицата на ДНК се денатурира с алкален разтвор или топлина. Тя се свързва с модифицирания праймер и синтезът на ДНК протича при 37 градуса по Целзий. Въпреки че могат да се използват както единоверижни, така и двуверижни ДНК матрици, по-благоприятни резултати се получават, ако се използва едноверижна ДНК матрица, тъй като това увеличава успеха на свързването. Този процес произвежда хибридна ДНК молекула (т.е. една матрична верига и една новосинтезирана), които могат да се трансформират или внедрят в Е. coli. Веднъж попаднала в E.coli, мутантната ДНК и ДНК от див тип могат да бъдат разделени. Non-PCR има по-голяма вярност на последователността от PCR метода; генерира се само една ДНК верига (а не милиони). [17]

Скрининг за желани мутанти в SDM

Има различни методи за избор и скрининг за желани мутации. Един от подходите за PCR е да се използват плазмиди, които се отглеждат в Е. coli (те са “dam“ метилирани) и съдържат ген за антибиотична резистентност. Както беше обсъдено, модифицираните прави и обратни праймери се амплифицират около плазмидната ДНК, създавайки копия на матрицата с вмъкнатите мутации. Тъй като първоначалната нишка на родителската матрица е метилирана, рестрикционната ендонуклеаза Dpn I – специфична за метилирана и хемиметилирана ДНК – усвоява тази ДНК, оставяйки само мутантния плазмид, който допълнително се амплифицира. Плазмидът се трансформира в Е. coli и бактериите се отглеждат върху среда, която съдържа подходящия антибиотик за плазмида. След това може да се изберат единични колонии и да се отгледат за една нощ, за да се изолира мутантната плазмидна ДНК. Моля, вижте статията на Бахман за по -подробен преглед. [18] Тъй като съществува възможност за случайни мутации в PCR и не-PCR методи, трябва да се извърши секвениране, за да се провери дали е направена желаната мутация. Технологията за секвениране на ДНК (например секвениране на Sanger или следващо поколение) може да се използва за определяне на нуклеотидни последователности. [19]

Случайна и обширна мутагенеза

REM е полезен подход, когато се целят множество мутации. Той обаче има по -малък контрол върху получените модификации. Тази техника помогна да се локализират важни участъци от протеини (например, рестрикционната ендонуклеаза на EcoRV). REM може да се постигне чрез различни методи:

Праймери, произволно произведени с несъответстващи бази. В тази техника в една реакция се синтезира набор от мутагенни праймери, които съдържат три несъответстващи бази на аналогични места. След това тези праймери се използват за синтеза на мутантна ДНК с три различни мутации в една и съща базична позиция. Освен по този начин, праймер може да се синтезира и използвайки двусмислена основа (например, дезоксиинозин), която е способна да сдвоява една база с различни dNTPs. На теория има 75% вероятност, грешна база да се сдвои с тази двусмислена база, което ще генерира мутации в последващите репликации.

Грешна PCR. Taq ДНК полимеразата обикновено има по-ниска вярност в сравнение с други полимерази (например, Pfu и Vent). Също така и промени във външните условия, като буферен състав (например, високо рН или висока концентрация на магнезий), може да повлияят на честотата на грешките. При различни комбинации от външни условия, степента на грешка на Taq PCR може да се увеличи от 1 на 633 до 1 на 150 базични двойки.
Използване на двусмислени базови аналози (например, дезоксиинозин). Както вече беше посочено, дезоксиинозин трифосфатът (dI) може да се свърже с различни dNTPs. В реакция, в която се съдържат dI и коригирани концентрации на dNTPs (например типични нива на три dNTPs и ниски нива на четвъртия dNTP), е вероятно dI да бъде включен в новосинтезираната последователност. Теоретично има 75% шанс, грешна база да се сдвои с dI по време на последващи събития на репликация. Тази техника може да доведе до 1 на 250 вероятност за мутация на базична двойка. [17]
Използване на мутагенни агенти. Класически метод за причиняване на широко разпространени случайни мутации е чрез излагане на клетката или организма на мутаген (например ENU). [20

Инсерции и делеции

PCR е ефективен при производството на инсерции или делеции. Малки инсерции или делеции (по -малко от десет базови двойки) могат да възникнат чрез използване на модифицирания праймерен дизайн, описан по -горе. Големи делеции могат да възникнат чрез свързване на два PCR-амплифицирани фрагмента, което пропуска част от ДНК фрагмент. Големи вмъквания могат да възникнат с помощта на мегапраймери или PCR с припокриване . [17]

CRISPR-Cas9

Тази технология е инструмент за редактиране на генома, получен от бактерии, защитаващи се срещу вируси и чужди плазмиди.

Той има два жизненоважни компонента: водеща РНК (gRNA), която се свързва комплементарно с прицелна ДНК последователност, и ендонуклеаза (Cas9), която причинява скъсване на dsDNA, което изисква поправка. Причинените от Cas9 сайт-специфични dsDNA прекъсвания индуцират ендогенни механизми за възстановяване на клетките, които могат да бъдат използвани за модифициране на ДНК. Склонното към грешки нехомоложно лигиране на терминални участъци (NHEJ) бързо лигира разкъсвания на ДНК; обаче може и да генерира малки инсерции и делеции, които причиняват мутации с промяна в рамката на четене. Като алтернатива, прекъсванията на dsDNA могат да бъдат поправени и чрез хомологично насочен рипеър (HDR), който може да вмъква екзогенна ДНК и да въвежда прецизно редактиране на генома.

TALENS срещу цинкови пръстови нуклеази

TALENs и ZFN са инструменти за редактиране на гени със сходни принципи, но различни основни дизайни. И двата са протеини, които се състоят от ДНК свързващи домейни (TALE протеини, домейни на цинкови пръсти) и домейни за разцепване на ДНК (например, Fok1). Специфичността на ДНК се намира в TALE протеините и в областите на цинковите пръсти. За да се получи разцепване, трябва да има димеризация на рестрикционния ензим; следователно са необходими поне два протеина на прицелната ДНК. След като димеризацията настъпи на целевото място, се прави двуверижно разкъсване на ДНК молекулата. Подобно на CRISPR, това се поправя от NHEJ (с възможност за инсерции и делеции) или хомоложна рекомбинация (където може да се добави екзогенна ДНК).

Ключова разлика между TALENs и ZFN е, че TALE протеините разпознават една-единствена основа, докато домейните на цинковите пръсти разпознават 3 или 4 бази. Като се има предвид, че цинковите пръсти трябва да разпознават множество основи, това може да намали специфичността на ДНК в сравнение с протеините TALE.

Клинично значение

Мутагенезата има многобройни изяви и в клиничната медицина. Тази статия ще обсъди няколко, включително канцерогенезата, наследствените заболявания, резистентността на някои микроорганизми, мащабните мутагенни проекти и прецизната медицина.

Канцерогенеза

Канцерогенезата (туморогенезата или онкогенезата) е процес, при който клетката започва да се дели неконтролируемо. Мутациите на онкогени (които насърчават клетъчния растеж), тумор супресорни гени (които инхибират клетъчния растеж) или гени на клетъчния цикъл (които регулират клетъчния цикъл) могат да генерират клонална клетъчна популация със силно пролиферативни свойства, водеща до рак.

Приблизително две трети от мутациите, водещи до рак се дължат на спонтанна мутагенеза, възникнала по време на нормалната репликация на ДНК.

Мутагенеза MedGuide.bg Медицинският пътеводител
Случайните мутации могат да доведат до канцерогенеза
https://directorsblog.nih.gov/2017/04/04/random-mutations-play-major-role-in-cancer/

Освен това е известно, че множество агенти (като описаните в раздел “механизъм”) са свързани с канцерогенезата. Тютюневият дим съдържа ДНК метилиращи агенти, алкилиращи агенти, полициклични ароматни въглеводороди и N-нитрозамини и други. Доказано е, че пушенето на тютюн увеличава риска от множество ракови заболявания, включително рак на белия дроб, колоректалния тракт, на главата и шията и на долните пикочни пътища.

Тютюнът води до 16% от всички диагностицирани ракови заболявания и приблизително една трета от всички смъртни случаи от рак в САЩ. Това подчертава защо консултирането относно спирането на тютюнопушенето и други превантивни здравни мерки стават толкова важни!

Йонизиращото лъчение (IR) вследствие на изотопна радиация (например в Чернобил) или при ятрогенни причини е свързано с папиларен карцином на щитовидната жлеза (PTC) и други. При PTC IR увеличава скоростта на пренареждане на ДНК, което е свързано с образуване на постоянно активна промоторна област на ret (тирозин киназа) и с патогенеза на заболяването. Прилагайки тези знания, анти-промоторните агенти може някой ден да бъдат метод за терапия на PTC.

Интересното е, че някои химиотерапевтични лекарства, използвани за борбата с рака – по-специално цисплатин, циклофосфамид и етопозид – сами по себе си са канцерогенни. Тези лекарства са свързани с развитието на туморната резистентност и последващото развитие на рак. Ето защо трябва да се внимава при избора на схеми на лечение, особено при ракови заболявания в детска възраст.

Наследствени заболявания

Наследствените заболявания са следствие на мутагенеза, тъй като се дължат на постоянни ДНК промени, предавани на потомството. Някои примери за наследствени заболявания включват сърповидно-клетъчна анемия, болест на Тей-Сакс, муковисцидоза, болест на Хънтингтън, мускулна дистрофия на Дюшен и хемофилия, както и много други.

Добре проучен пример е сърповидноклетъчната анемия. Това е автозомно-рецесивно заболяване в резултат на мисенс мутация в гена В-глобин (т.е. точкова мутация, водеща до заместване на глутаминовата киселина с валин). Изследванията показват, че тази мутация създава адаптивно предимство при носители на хетерозиготи в ендемични за малария райони. Хомозиготното наследяване обаче има лоша прогноза поради повишения риск от анемия, инфекция, инсулт и органно увреждане.

Лекарствена резистентност

Лекарствената резистентност при микроорганизмите също е резултат от мутагенеза. Мултирезистентните организми (MDR) са свързани с повишената употреба на антибиотици.

MDR организмите са довели до увеличаване смъртността, като се изчислява, че до 2050 г. може да има 300 милиона преждевременни смъртни случаи в световен мащаб поради тях. Това подчертава необходимостта от практикуване на ефективно антимикробно лечение с цел забавяне развитието на MDR организми.

Интересен пример за лекарствена резистентност може да се появи при лечението на болестта на Шагас. Бензнидазол е пролекарство от първа линия, използвано при лечението и. Нови данни показват, че Trypanosoma cruzi може да преработи това лекарство в метаболити, които причиняват мутации в целия геном. Следователно това може да причини неуспешно лечение и развитие на резистентни на лекарства паразити. Дори може да доведе до резистентност към различни класове лекарства като позаконазол, използвани в комбинираната терапия на Trypanosoma cruzi. Затова е необходима бдителност при използването на бензнидазол в комбинирана терапия.

Картографиране

Мащабните техники на мутагенеза могат да се използват за картографиране на функционално важни аминокиселинни остатъци, които засягат определени фенотипове. Например, проучване с мишки върху протеина на Голджи GMAP-210 показва, че промяната на гена причинява фенотип, който прилича на човешката ахондрогенеза тип 1А. Това помогна за намирането на подобна мутация, открита при хората.

Прецизна медицина

И накрая, прецизната медицина (PM) е концепция, при която лечението на болестта се основава на познаване на геномните аномалии на индивида, което стана актуално, когато секвенирането на целия геном стана по-достъпно. PM зависи от новите терапевтични стратегии, разработването на лекарства и генно-ориентираното лечение. Например, генно-насочени техники като CRISPR/Cas9 и TALENs може някой ден да имат и клинична употреба. CRISPR се използва при лечение на мутации на единични гени (напр. DMD, муковисцидоза), ХИВ и рак. Все още има множество предизвикателства пред PM като например валидиране на функционалните механизми на мутиралата генна експресия. Въпреки това PM може някой ден да окаже съществено влияние върху лечението на болести.

Автор
Зорница Трайкова, Медицински Университет – София
Редакция
Любомир Манолов, Медицински Университет – София

Източници на следващата страница

Средно: 5 / 5. Гласували: 3

Все още няма оценка.


Тагове , , , , , , , , , , ,
Беше ли Ви полезно? Да 1 Не

Коментари

Известия при
guest
0 Коментара
Коментари в публикация
Всички коментари