MUTAȚIILE GENETICE, ÎNTRE BENEFIC ȘI DISTRUCTIV

MUTAȚIILE GENETICE,

ÎNTRE BENEFIC ȘI DISTRUCTIV

Mutațiile – conceptualizare și clasificare

Mutațiile genetice au suscitat și suscită în continuare interesul oamenilor de știință, dar și al celor avizi de cultură științifică de calitate, subiectul ridicând, totodată, numeroase controverse, cum ar fi cea legată de utilitatea lor. Totuși, fenomenul mutaţiilor genetice, deși extrem de important, rămâne unul destul de ignorat de majoritatea populației, în condițiile în care alte realități ale vieții, de nevoi stringente, îl captează mai pe oricare cetățean român.

Noţiunea de mutaţie genetică a fost introdusă în anul 1901 de către Hugo de Vries, care este și autorul teoriei mutaționiste.

Mutațiile genetice sunt modificări în structura și funcțiile materialului genetic, aici nefiind incluse modificările determinate de recombinările genetice, cele rezultate în urma reproducerii și nici cele cauzate de transpozoni, acele elemente genetice mobile, care inserate în genom determină o altă semnificație genetică.

Mutațiile genetice se clasifică după numeroase criterii.

După tipul celulei afectate, mutațiile sunt somatice și gametice. Având în vedere transmiterea lor, mutațiile sunt ereditare și neereditare. După cantitatea de material genetic afectată, mutațiile sunt: mutații genomice, ale întregului complement cromozomial; mutații cromozomiale, care afectează cromozomii; mutații genice, care sunt mutațiile genelor; mutații punctiforme, care afectează cel mai puțin material genetic, respectiv o pereche de nucleotide. În funcție de tipul cromozomilor afectați, mutațiile pot fi autozomale afectând autozomii și heterozomale, afectând heterozomii sau cromozomii sexului. Pot fi mutații cromozomiale numerice sau structurale. După modul de exprimare fenotipică, mutațiile pot fi clasificate în dominante, codominante, semidominante și recesive, această clasificare a lor referindu-se în mod special la celulele diploide, la care mutageneza a creat relaţii de alelism între gene, genele alele fiind genele perechi. Mutațiile genetice pot apărea în mod spontan, acestea fiind denumite mutatii naturale, sau pot fi induse experimental, fiind vorba de mutaţii artificiale. După efectele pe care le determină, mutațiile sunt nefolositoare, dăunătoare, letale, semiletale, neutre și folositoare.

Se știe deja că mutațiile în cea mai mare parte a lor au efecte distructive, puține mutații genetice fiind folositoare. Mutațiile sunt determinate de o serie de factori ai mediului de viață, denumiți factori mutageni, care sunt fizici, chimici, biologici.

Efectul distructiv al mutațiilor

Mutaţiile afectează individul de cele mai multe ori în mod negativ, sunt indiferente în cazuri rare şi avantajoase numai în cazuri excepţionale.

Mutaţiile letale și mutațiile semiletale afectează gene de importanță majoră în organism, prin a căror blocare se realizează moartea individului înainte de maturitatea sexuală. Mutaţiile pot afecta genele de diferite tipuri, genele structurale, operaționale, reglatoare, care iau parte la realizarea reglajului genetic.

Radioactivitatea naturală este principalul factor în declanșarea mutațiilor genetice, fiecare organism viu, având o anumită sensibilitate la radiațiile de tot felul existente în spațiul terestru, însușire ce poartă numele de radiosensibilitate și diferă, bineînțeles, de la un organism la altul.

Acțiunea permanentă a acestor radiații poate determina la organismele cu o radiosensibilitate mai scăzută mutații genetice. Un alt factor care ar putea produce mutații genetice îl reprezintă schimbările bruște de temperatură (șocurile de temperatură), fenomen destul de frecvent în ultimii ani. Dintre organismele vegetale transgenice din România, organisme care au suferit mutaţii, pot fi menționate soia, ridicându-i-se toleranța la ierbicide, dar prezentând și un potențial risc alergic, ca efect secundar, porumbul, crescându-i-se rezistența la atacul de insecte. Se prevede, însă, ca în următorii ani acest tip de soia modificat genetic care există pe piața românească să fie retras, ca fiind totuși necorespunzător.

La om, mutațiile produc adesea boli genetice și tulburări funcționale, de exemplu, boli metabolice, cancer, boli psihice etc.

Bolile genetice moleculare la om sunt consecința mutațiilor genetice, prima boală moleculară descoperită fiind anemia falciformă, o anemie cu eritrocite în formă de seceră, de unde și denumirea ei în limba latină: “falcus”, însemnând seceră, boală în care se sintetizează o hemoglobină anormală HbS, la care în poziția a șasea a catenei beta se află aminoacidul valină, pe când în hemoglobina normală HbA, în această poziție, se află acidul glutamic.

“Gena G2 codifică enzima ce transformă tiroxina în melanină, pigmentul negru sau brun din piele, păr și ochi. Mutația acestei gene conduce la imposibilitatea sintezei pigmenților melanici, în care caz se consemnează absența acestora din zonele respective ale corpului, ceea ce caracterizează boala ereditară numită albinism” (Gavrilă L, 2002).

În ceea ce priveşte produsele de larg consum, gen hot-dog-ul, pot produce mutații genetice la om și implicit apariția unor boli precum cancerul la colon, datorită concentrației mărite de nitrați. De asemenea, unele băuturi carbogazoase pot provoca mutații genetice.

Sucurile din comerţ, consumate de către copii după servirea mesei sunt o adevărată crimă, deoarece alterează hrana şi se transformă în acizi care distrug organismul, putând fi și ele agenți mutageni și carcinogeni.

Bolile canceroase, bolile secolului XXI, apar când unele celule încep să crească, să se dividă, să invadeze și să distrugă țesuturile înconjurătoare, fără a se mai supune mecanismelor de reglaj. Carcinogeneza, respectiv transformarea unei celule normale într-o celulă anormală, canceroasă începe atunci când un agent carcinogen determină alterarea sau modificarea ADN (acidului deoxiribonucleic) dintr-o celulă normală.

Carcinogeneza este rezultatul mutațiilor care afectează ciclul celular, acestea fiind naturale, spontane sau rezultând din acțiunea unor factori mutageni, carcinogeni din mediul de viață asupra organismului uman. Dintre factorii mutageni fizici, distructivi, mai importanți sunt razele alfa, gamma, razele X, UV produse de substanțele radioactive emițătoare de radiații, dintre cei chimici mai importanți sunt nicotina, gudronul, policlorura de vinil, benzenul, formaldehida etc, iar cei biologici sunt, în principal, oncovirusurile, precum virusul hepatitei B, virusul papilomului uman, mucegaiul Aspergillus flavus producător de aflatoxina B. Modificările determinate de factorii mutageni carcinogeni alterează genele implicate în controlul creșterii și diviziunii celulare, respectiv genele pentru factorii de creștere, pentru receptorii acestora și pentru enzimele implicate în completa lor exprimare fenotipică.

Sunt mai multe anomalii genetice asociate cancerului uman.

Bolile canceroase sunt boli genetice datorate unor mutaţii produse în mai multe tipuri de gene: protooncogene, gene antioncogene (gene supresoare ale tumorii), gene ale reparării leziunilor din ADN ş.a.

Aneuploidiile sunt mutațiile apărute prin adăugarea a 1-2 cromozomi la o pereche, acestea fiind denumite trisomii și, respectiv, tetrasomii sau prin lipsa unuia sau a ambilor cromozomi din pereche, fiind denumite monosomii, respectiv, nulisomii, aneuploidiile fiind caracteristice cancerului. Celulele canceroase au o instabilitate genomică, iar în multe cazuri sunt poliploide, adică au mai mult de două genomuri, putând fi triploide cu trei genomuri, tetraploide cu patru genomuri etc.

Avorturile spontane au cauze genetice, acestea fiind translocațiile, respectiv mutațiile cromozomiale structurale prin care fragmente dintr-un cromozom se desprind și se lipesc la un alt cromozom, astfel încât în procesul de gametogeneză, de formare a ovulelor sau a spermatozoizilor, în care din 46 de cromozomi trebuie să rămână 23 prin împărțirea celulei în două, într-una din celulele-fiice va fi un cromozom cu un fragment cromozomial extern, iar în cealaltă celulă va fi un cromozom cu fragmentul lipsă. În funcţie de importanța genelor conținute de fragmentele de cromozomi translocate, din celula afectată va lua naștere organismul care va putea sau nu supravieţui, fiind foarte posibil ca embrionul să fie avortat.

Există numeroase boli psihice, afecțiuni datorate mutațiilor genice, care afectează genele implicate prin produșii lor în mutageneza și dezvoltarea sistemului nervos central, ca de pildă schizofrenia, epilepsia, depresia maniacală, autismul. Unele dintre acestea se manifestă de timpuriu, altele au debut întârziat, iar altele apar mult mai târziu în viață, la bătrânețe, cum este cazul bolii Alzheimer, al bolii Parkinson, având la bază degenerarea galopantă a neuronilor, pierderea raționalității și/sau mișcării automate, necontrolate.

Beneficiile mutațiilor

Mutațiile sunt utilizate în ameliorarea plantelor, animalelor și microorganismelor. Observându-se evoluția în timp a diferitelor organisme vii, sesizându-se orice mutantă apărută, s-a încercat și se încearcă folosirea acesteia în crearea unor specii noi, cu proprietăți superioare, astfel, luând naștere mutageneza indusă sau “de laborator”, care a fost folosită cu mult succes mai ales în Occident, unde au fost obținute rezultate spectaculoase, îndeosebi la plante.

Deși majoritatea mutațiilor artificiale, a celor induse de om, au un caracter mai mult sau mai puțin dăunător, totuși, o mică proporție dintre acestea, după părerea lui A. Gustafson, aproximativ 1/1000, pot fi direct sau indirect folositoare, utile în practica vieții.

Pentru selecția mutaţiilor favorabile este nevoie să se producă un număr cât mai mare de mutații genetice.

Rezultatele pozitive prin folosirea metodelor combinate de tratament cu agenți mutageni și selecție s-au obținut la plante în ceea ce privește rezistența la boli și dăunători.

Urmașii plantelor tratate în număr suficient de mare sunt cultivați într-un mediu în care este prezent agentul patogen, astfel că mutantele rezistente supraviețuiesc și pot fi selecționate.

A. Möes (1959) și J. Mackey (1964) au obţinut la grâu, ovăz și orz mutante rezistente la diferite specii de rugini. Radiaţiile ionizate care produc numeroase rupturi cromozomiale au fost utilizate pentru transferul unui segment de cromozom şi implicit de gene de la o specie la alta. F. C. Elliot (1956) a reușit să transfere prin iradiere rezistența la rugini a speciei Agropyron elongatum la grâu (Triticum aestivum), pe baza capacității radiațiilor de a produce rupturi cromozomiale și translocații.

În Olanda, se utilizează des mutageneza la flori. În New York există peste 30.000 de soiuri și peste 250.000 de varietăți de orhidee, vorbindu-se de o adevărată industrie. În ceea ce privește țara noastră, din păcate, nu există disponibilități pentru asemenea investiții, nu există un brand pe care să-l exploatăm, cum ar fi lalelele la olandezi sau orhideele la americani, iar experimentele de mutageneză sunt în sine periculoase. De aceea, în România, experimentele de acest gen sunt foarte puține, fiind încercări în ultimii ani de ameliorare genetică la măr.

Cercetările în domeniul mutagenezei la animale au dus la obținerea de mutante cu valoare economică, dar actualmente acestea sunt mai modeste, comparativ cu cele de la plante. Astfel, cercetătorul japonez Y. Tazima a descoperit la viermele de mătase (Bombyx mori) o mutantă care este folosită cu randament sporit în producerea mătăsii. Apariția mutantei este determinată de o translocație a unui segment din cromozomul II pe cromozomul Y, indivizii cu translocație fiind de sex feminin și prezentând pete pe corp ușurează separarea lor de masculii lipsiți de pete.

Între benefic și distructiv, mutațiile pot fi neutre, adică mutații genetice care nu afectează în niciun fel planta sau animalul, deci, nefiind benefice sau distructive.

Concluzii

Mutațiile sunt în cea mai mare parte a lor distructive, producând o creștere a morbidității și mortalității în lumea vie, precum și împiedicarea nașterii de semeni prin avortul spontan, foarte puține având efecte benefice, fiind utilizate în ameliorarea pe cale genetică a microorganismelor, a soiurilor de plante și raselor de animale, ele putând fi determinate de o serie de factori de mediu, naturali sau artificiali și necesitând o implicare morală a omului.

Este necesară o educație bioetică prin care “legile morale ar trebui împletite cu legile biologice, medicale, agronomice …prin care să se adopte o conduită responsabilă în activitatea de cercetare.” (Iancu, M., 2014).

Conf. Univ. Dr. MARIANA IANCU

Prof. Univ. Dr. CARMEN BULZAN

Contents