Что объединяет альбиносов, Черепашек Ниндзя и антибиотикоустойчивые бактерии? Все они мутанты. Впрочем, мутация мутации рознь: изменения в ДНК бывают разные. Если метаморфоза носит случайный характер и действие происходит не в комиксе, то она, как правило, нейтральная. Существует множество причин развития мутаций, и мы решили сосредоточиться на тех, которые встречаются в реальной жизни. Что такое мутагены, как их нашли, чем они опасны и как от них защититься — в новом материале Genotek.
Необратимые правки кода
ДНК, несущая информацию всего живого, — это инструкция для строительства и функционирования организма. Это тот случай, когда «неважно, как код написан — главное, что он работает». Случаются иногда события вроде мутаций. Под мутацией в биологии принято понимать изменение генетического материала. Как правило, организмы с так называемыми вредными мутациями «отбраковываются» (умирают). Однако иногда мутация закрепляется и передается по наследству. Существуют мутации спонтанные, которые могут возникнуть при неправильной работе молекулярных машин. Например, может возникнуть ошибка при репликации — удвоении — или при починке молекулы. Это внутренние причины неполадок, с ними нужно разбираться отдельно. Мутагены предательски генерируются самим организмом или приходят извне, они заметны не сразу, а результат их воздействия подчас бывает очень страшным.
Секретный агент изменений
Молекула ДНК — знаменитая «двойная спираль» — имеет регулярные параметры, которые позволяют сохранять код доступным для прочтения и воспроизведения. Мутагены — это физические или химические агенты, которые провоцируют формирование необратимых структур, таким образом повышая частоту мутаций. Последние иногда приводят к канцерогенезу, поэтому значительное количество мутагенов также являются канцерогенами. Физические мутагены представлены разными видами излучения и повышенной температурой, что ломает саму двойную спираль или приводит к многочисленным разрывам. Химические мутагены могут как производить разрывы цепи, так и встраиваться внутрь спирали.
Лысенко как мутаген советской науки
Впервые химические мутагены были обнаружены в сороковые годы прошлого века: их открыли Шарлотта Ауэрбах в Эдинбургском университете и Иосиф Абрамович Раппопорт в Институте генетики АН СССР. Ученые были коллегами и тепло общались. Сороковые в СССР были для советской генетики трагическими. В 1948 году состоялась августовская сессия ВАСХНИЛ, на которой Раппопорт противостоял идеям Лысенко, отрицая выводы сессии. В 1949-м это привело к исключению Раппопорта из партии. В 1962 году Нобелевский комитет планировал присудить награду Раппопорту и Ауэрбах. Для того чтобы избежать неприятных последствий*, комитет обратился в ЦК КПСС до выдвижения кандидатуры. В отделе науки Иосифу Абрамовичу предложили вступить в партию заново для одобрения выдвижения, однако он настаивал на том, чтобы признали неправомерным его исключение и восстановили с сохранением стажа. В этом ему было отказано, и в 1962-м Раппопорт и Ауэрбах остались без награды: ее вручили ученым, открывшим молекулярную структуру нуклеиновых кислот.
Не все поломки — мутации
Важно различать повреждения ДНК и мутагенез. Если представить себе клетки как небольшие заводы, фабрики или компании, то ядро, в котором хранится ДНК, — это головной офис предприятия. Периодически, накануне каких-то масштабных мероприятий, там случаются авралы, но все так или иначе встает на свои места: все следят друг за другом и в случае чего помогают исправить ошибки. Так, накануне деления клетки необходимо удвоение ДНК. ДНК-полимераза может неправильно вставить нуклеотид-другой в цепь, но ее ошибка будет тут же исправлена: в ДНК дочерних клеток это не попадет. В таком случае речь идет об ошибке репликации. Мутация же, напротив, представляет собой изменение в ДНК, которое по какой-то причине исправлено не было. Мутагены — это агенты извне, рэкетиры, шпионы или провокаторы, которые могут ворваться или тайно проникнуть к начальству и уничтожить все документы компании. Так начинается мутагенез.
В следующей части статьи мы постараемся ответить на 2 самых важных вопроса: кто виноват и что делать.
К. В.: Ультрафиолетовое излучение
Мутагеном физической природы, который особенно часто встречается в районе экватора и в областях озоновых дыр, является ультрафиолетовый свет в диапазоне 260-280 нм. Основания ДНК поглощают ультрафиолет в этом диапазоне, что может приводить к разрыву связи между двумя цепями ДНК. Свободные нуклеотиды попарно сшиваются с соседними, как показано на картинке.
Образование пиримидиновых димеров под действием УФ-излучения.
Если эта ошибка остается неисправленной, синтез белка и репликация ДНК усложняется во много раз – это и есть мутагенез. Безусловно, немного солнечного света не повредит никому: как вы уже узнали в одном из предыдущих материалов, это стимулирует выработку витамина D. Однако образование пиримидиновых димеров является одной из основных причин меланомы. Помимо этого, длительное пребывание на солнце вредно для глаз.
Ч. Д.: Жирорастворимые нутриенты
Доказано, что в построении защиты от УФ-излучения помогают такие микроэлементы, как каротиноиды, флавоноиды, токоферолы и омега-3 ненасыщенные жирные кислоты. Усвоение нутриентов, содержащих эти вещества, также имеет генетическую обусловленость. С одной стороны, это очень удобно, с другой — если у вас низкая усваиваемость витамина А или нарушения липидного обмена, но вы любите путешествовать в районе экватора, то лучше подстраховаться заранее.
Мутагены химической природы действуют более тонко и цинично – они нарушают структуру ДНК.
К. В.: Активные формы кислорода
Одними из наиболее распространенных мутагенов являются активные формы кислорода. Хитрость заключается в том, что эти активные формы генерируются в ходе самых обычных химических реакций, которые протекают в человеческом теле. Тут может возникнуть недоумение, ведь кислород — это газ, который содержится в атмосфере нашей планеты, с ним ассоциируется дыхание полной грудью, свежесть и еще какие-то приятные ощущения из рекламы стиральных порошков.
Разгадка кроется в названии. Кислород окисляет вещества, которые встречает на своем пути. Вспомните перекись водорода, которую выливают на разбитую коленку — примерно то же самое происходит в клеточных масштабах при выделении активных форм кислорода. Активные формы кислорода разрушают мембраны, из которых построены живые клетки, выдергивают отдельные основания из цепи ДНК и вносят разрывы. Страшно не только то, что они делают, но и то, как изощренно это происходит. Поскольку выделение АФК осуществляется постоянно, при поломке нейтрализующего их механизма клетки постоянно подвергаются бомбардировке мутагенами и гибнут в муках.
Ч. Д.: Антиоксиданты
Антиоксиданты — это вещества, содержащиеся в свежих ягодах и фруктах, в зеленом чае, орехах и красном вине. Они спасают нас от окисления и активных радикалов, переводя их в неактивную форму. Иными словами, антиоксиданты – это такие альтруисты. Они выходят на улицу, видят, как хулиганы разрушают стены, и принимают удар на себя. Антиоксиданты обладают множеством чудесных свойств, одно из которых — защита от старения. Согласно некоторым гипотезам, старение ассоциировано с выделением АФК. Отдельно выделяется легион — витамин Е — собирательное название для нескольких жирорастворимых веществ, обладающих антиоксидантной активностью. При поступлении в пищеварительную систему ингредиенты витамина Е проходят отбор в печени, и уже в круг обмена веществ вступает в основном альфа-токоферол.
Важно учитывать собственную генетическую предрасположенность к усвоению витаминов, так как антиоксиданты при чрезмерном потреблении вредны: они могут препятствовать усвоению других микроэлементов.
К. В.: Афлатоксины
Название принадлежит группе ядов-канцерогенов, вырабатываемых некоторыми видами плесени. Афлатоксины — это ответ на детский вопрос: «Почему нельзя есть землю и опавшие листья?», на взрослый вопрос: «Почему у чая есть срок годности?» и на старческий вопрос: «Почему нельзя есть заплесневевшую крупу?» Когда условия хранения не соблюдаются, на продукте, как на питательной среде, растут плесневые грибы рода Aspergillus. Опасность может подстерегать в крупах, специях, орехах, чае, молоке, яйцах, мясе, сухофруктах, хлебе и промышленных соках. Плесень может вырасти в результате неправильного или длительного хранения, а ароматизирующая добавка заглушит неприятный запах. Если доза афлатоксинов не смертельная, но регулярная, это может послужить причиной для развития цирроза и рака печени. Особую опасность продукты с афлатоксинами представляют для будущих матерей: помимо общего отравления, афлатоксины могут нарушить эмбриогенез.
Ч. Д.: Развивать наблюдательность и исправлять пищевые привычки
Будьте аккуратны и не ешьте просроченные продукты. Старайтесь тщательно мыть продукты и готовить еду непосредственно перед употреблением. Впрочем, люди с непереносимостью глютена, лактозы или кофеина в отношении афлатоксина чувствуют себя немного спокойнее: больше половины продуктов из группы риска уже исключены из их меню. Такая особенность пищевого поведения, как привычка переедать, может быть вдвойне вредна в данной ситуации.
К. В.: Бензол
Бензол — химическое соединение, без которого невозможно представить современную жизнь. Это токсин и канцероген, который входит в состав нефти и бензина, а также широко применяется в производстве лекарств, пластмасс, резины и красителей. Если поместить человека в замкнутое пространство и постепенно закачивать туда бензол, то сначала он почувствует эйфорию. Затем появятся сонливость, тошнота, головная боль, мышечные подергивания. Если оставить испытуемого в этой камере на длительное время, то он умрет, если же его выпустить, то можно будет наблюдать целый комплекс расстройств, вызванных отравлением бензолом. Однако нам интересно не это. Бензол часто встречается в некачественной косметической продукции и пластмассовых изделиях, то есть не исключено систематическое отравление бензолом в небольших количествах, что может провоцировать возникновение различных видов гемато-онкологических заболеваний.
Ч. Д.: Витамины группы В
Ниацин, фолат и кобаламин — витамины группы В, дефицит которых в первую очередь заметен при отравлении бензолом. Они необходимы для репарации ДНК. Зачастую люди получают витамины этой группы с мясом животных. Подробнее узнать о том, на какие процессы влияют витамины группы В и как диагностировать их недостаток, можно по ссылке.
Берегите себя. Враги в лице мутагенов могут быть повсюду. Когда речь заходит о здоровом образе жизни, тем, кто пытается изменить все своими силами, приходится балансировать между массой советов и здравым смыслом. Граница зыбкая и устоять на ней больше шансов у того,, кто знает себя и не наносит себе вред.
Автор: Genotek
