Biološke i hemijske mutacije

Sadržaj Uvod ..................................................................................................................................................... 3 Hemijski mutageni ............................................................................................................................... 4 Biološki mutageni ................................................................................................................................ 7 Virusi .................................................................................................................................................... 7 The HPV (Human Papilloma Virus) .............................................................................................. 7 The SV40 virus (Simian vacuolating 40 virus) .............................................................................. 7 Bakterijske mutacije ............................................................................................................................. 8 Teratogeni ............................................................................................................................................. 8 Genetički teratogeni agensi .......................................................................................................... 8 Teratogeni agensi iz životne sredine ............................................................................................ 9 LSD kao mutagen............................................................................................................................... 11 Marihuana kao mutagen ..................................................................................................................... 11 Literatura ............................................................................................................................................ 12

2

Uvod Mutageni su faktori spoljašnje sredine koji izazivaju mutacije. Svrstavaju se u tri grupe: 1. hemijski mutageniu koje se mogu uvrstiti: 

    

pesticidi: o insekticidi o herbicidi o fungicidi o baktericidi hemijski dodaci hrani i piću (konzervansi, aditivi, zaslađivači i dr.) hemijski zagađivači vazduha: SO2, CO2, CO, NO2 neki kozmetički preparati neki lekovi neki antibiotici

Prema dejstvu hemijskih mutagena na molekul DNK mogu se razlikovati:  

    

analozi baza (npr. 5-bromo-2-deoksiuridin; BrdU);izazivaju tranziciju, transverziju ili deleciju samo u toku replikacije DNK neke hemikalije (npr. kiseline) o alkilirajući agensi (npr. N-etil-N-nitrozourea; ENU) izazivaju tranziciju, transverziju ili deleciju u toku replikacije (S-faze), ali i u ostalim fazama ćelijskog ciklusa metilirajući agensi (na pr. etan metil sulfonat; EMS) policiklični ugljikovodici (npr. benzopireni) DNA interkalirajući agensi (npr. etidij bromid) ugrađuju se između baza susednih lanaca i deformišu lanac DNA agensi koji premošćuju dva lanaca DNA (engl. crosslinker), kakva je npr. platina oksidativni radikali

2. fizički mutageni:  



visoke i niske temperature ultraljubičasto (UV) zračenje (nejonizujuće zračenje) ima malu prodornu moć (oko nekoliko mm) pa kod čoveka može da izazove promene samo u površinskim ćelijama epidermisa; izaziva obrazovanje timidinskih dimera, odnosno, povezivanje susednih timina istog lanca DNK; ova oštećenja na DNK mogu da isprave enzimi tzv. reper-sistema jonizujuće zračenje u koje spadaju: o X-zraci, o gama-zraci, o korpuskulatorno zračenje (elektroni, protoni, pozitroni, alfa-zraci i neutroni); ono izaziva izbacivanje elktrona iz atoma i molekula u ćeliji koji sa drugim molekulima stvaraju jonizovane molekule, a oni se zatim razlažu na visokoreaktivne jone i radikale koji oštećuju DNK

3. biološki mutageni:  

virusi bakterije 3

Hemijski mutageni Svake godine spisak hemijskih mutacija je sve duži i duži i sadrži veoma različite hemikalije kao što su formaldehid,uretan,akridinske boje,nitro kiseline,vinilhlorid,soli azota,iperit i dr. Hemijski mutageni mogu djelovati direktno ili indirektno. Do ovoga dolazi do sposobnosti organizma da stvara antimutagene koji djeluju suprotno mutagenima.Takav jedan prirodni mutagen je enzimska katalaza.Kod nekih organizama nije bilo mogude izvoditi mutacije sa vodonikovim peroksidom,jer je u delijama bio veliki sadržaj katalaze.Dodavanjem kalijevog cijanata koji inaktivira katalazu uspjelo se dobiti mutacije. Neki mutageni djeluju pri replikaciji dna,kao što su bazni analozi. Npr.5-brom uracil.(Slika 2)Atom broma djeluje tako što u spoju sa pirimidinovom bazom narušava ravnotežu u reakciji keto enolnih oblika.U prisustvu 5-brom uracila povedava se formiranje enolne forme.U ovoj reakciji keto forma 5-brom uracil vezuje se za adenin,a enolna forma za guanin.U prvoj replikaciji 5-brom uracil ulazi u sastav novog lanca DNA u keto formi u drugoj replikaciji u enlonoj formi,konačno poslije tri replikacije dolazi do tranzicije AT u GC.2-amino-purin se vezuje s timinom.Do zamjene baza dolazi samo ako se u drugoj replikaciji DNA purin veže sa drugačijom bazom u odnosu na prvu replikaciju,pa se javlja tranzicija GC u AT.

Slika 2. 5' bromuracil 1 4

Npr.Azotasta kiselina (Slika 3.) (HNO2).ova kiselina može da dovede do gubitka amino grupe iz adenina ,guanina ili citozina ,od adenina-hipoksantin,a od guanina-ksantin.Kada se ne bi odstranjivale iz DNA ,neprirodne baze bi u osnovi promjenile gensku uputu.Azotasta kiselina dovodi do promjena tipa tranzicije GC u AT.Hidrokisl amin(HN2OH) u neutralin i slabo kiselim rastvorima vezuje OH grupu za NH2 grupu citozina,što dovodi do tautomerne promjene i zamjene citozina timinomtj.GC u AT. Grupa hemijskih mutagena ,kao što su alkilirajudi agensi,može da pored modifikacije purinskih i pirimidinskih baza dovede do vezivanja DNA lanaca.Radi se o unakrsnom vezivanju etil ili metil grupe za purine(adenin ili guanin),nakon čega može dodi do hidrolize veze između purina i deoksiriboze i njihovog gubitka.Takvo povezivanje sprečava normalnu replikaciju DNA,jer nastupaju različite mutacije kao što su tranzicije i transferzije.Među agensima koji indukuju ovakve promjene prvobitno je otkriven nitrogen mustad-derivat bojnog otrova iperita u kojem je atom sumpora zamjenjen CH3N grupom. Mutageni koji djeluju indirektno na sintezu DNA predstavljaju posebnu grupu hemijskih supstanci koje imaju sličnu molekulsku strukturu.Pod uticajem uretana i sličnih supstancija dolazi do velikih promjena u DNA tipa delecija i translokacija hromosoma.

Slika 3. Azotasta kiselina 1

Interkalirajudi agensi(Slika 1) (proflavin,akridin oranž) su mutageni koji također djeluju pri replikaciji DNA .Ovi molekuli se ugrađuju između susjednih baza i dovode do deformacije lanaca DNA ili,pak prilkom sljedede replikacije u novo sintetisani lanac ugrađuje se nova baza .Ili dolazi do gubitka baze jednog ili više nukleotida.Ove promjene u broju nukleotida mjenjaju strukturu genetskog koda.U interkalirajudu grupu agenasa spadaju još adrijamicin ,aktinomicin D i dr. Mutageni koji indukuju direktne promjene na DNA su modifikatori baza.

5

Slika.1.Interklairajući mutageni 1

Alkilatori Ove hemikalije reaguju direktno sa određenim bazama ,i ne zahtjevaju aktivnu DNA sintezu da bi djelovale ali zahtjevaju DNA sintezu da bi bile „fiksirane“.Veoma se često koriste jer su jaki mutageni u skoro svakom biloškom sistemu.Primjeri alkilatora su: Etil Metan sulfonat, Metil metan sulfonat Dietilsulfat Mehanizam ovih mutagena je još uvijek ne razjašnjen. Aromatski agensi 7,12-dimethylbenz-anthracen N-2-acetylaminofluoren Uzrukuju zamjene baza ,slično kao i mutageni analognih baza Izlaganje bakterijske stanice UV svijetlu ,dovodi do proizvodnje primarnog Ciklobutanskog dimera u susjednim pirmidinskim bazama. Kofein -mutagen koji izaziva mutacije onkogena c-K-ras,to je gen koji je najčešde mutiran kod raka pankreasa, i najčešde kod osoba koje su često konzumirale crnu kafu.

6

Biološki mutageni Otkriveno je 1970 tih,da onkogeni virusi mogu inducirati geneske mutacije delija sisara.Fenomen je popsmatran kod svih grupa DNA koje sadrže viruse i neke retroviruse.Mutageni efekt testiranih virusa na genskom nivou ,nije preciziran na lokusu.Virusi induciraju tačkaste mutacije,uključujudi zamjene baza ,kao i delecije i insercije.Proces mutacije počinje rano nakon infekcije. Funkcija mutageneze je primjedena kod onkogena SV40(gen A), DNA lancu MMT-virusa(mouse mamary carcinoma virus),i ALLV(Avian Leukosis Virus).

Virusi The HPV (Human Papilloma Virus) HPV,posebno E6 I E7 tip,onkogeni su koji sprečavaju ili koče obuzdavanje tumorskih funkcija.Gen p53 je dio regulatornog puta ,koji uzrokuje da oštedene delije uginu kada se ne mogu obnoviti(popraviti).E6 i E7 proteini inhibiraju ovu funkciju ,što dopušta oštedenim delijama da rastu nekontrolisano ,umjesto umiranja. Hepatitis B virus Hepatitis B ima najmanji genom.Animalni DNA virus ima specifičnu razornu mod u delijama više vrsta uključujudi i čovjeka.Hronična infekcija ovim virusom asocira sa karcinomom jetre.Delijska transformacija uzrokovana hepatitis B virusom odvija se pod sredstvom viralnog gena nazvanog X gen. The SV40 virus (Simian vacuolating 40 virus) The SV40 virus (Simian vacuolating 40 virus) koristi metod endovitoze kroz kaveolarnu vredicu ,da bi probušio membranu susjedne delije i promijenio DNA i RNA komponente rezultujudi delijsku smrt,i nastanak novih SV40 virusa Ovaj tip virusa također ima mogudnost spredavanja ekspresije p53 gena ,što rezultuje nekonrolisanim rastom delija ,čime nastaje maligni mezoteliom.To je najbolje proučen DNA tumorski virus na polju molekularne biologije.Genom i iRna ovog virusa su komplet sekvencirani.Mutacije koje indukuju transformaciju delije mogu biti izolirane i transformisani proteini pojedinih viralnih gena,mogu biti determisani i analizirani nakon izoacije gena. Papilomavirusi Indukuju benigne i maligne tumore u ljudi i životinja.Ima oko 60 različitih vrsta papiloma virusa koji inficiraju epitelne delije nekih tkiva.Neki od ovih vrsta uzrokuju benigne bradavice. Herpesvirusi

7

Induciraju tumore kod više životinjskih vrsta.Dva su člana herpes familije,Kaposis sarkomaherpesvirus i Epstein-Barr virus,asociraj sa humanim kancerom. Retrovirus To je virus iz RNA familije virusa.Retrovirusi uzrokuju kancer u različitih životinja uključujudi i čovjeka.On djeluje na T-limfocite ,što je rezultat ekspresije viralnog gena tax koji kodira regulatorni protein.

Bakterijske mutacije Za bakterije je najstresnije kada ih tretiramo visokim koncentracijama antibiotika,naime to inducira njihov genetički program za izazivanje mutacija,pa bakterije počnu brzo mutirati kako bi se prilagodile novoj situaciji. Neke bakterije kao što je Heliobacter pylori uzrokuju upalu,te zbog oksidacije uzrokuje oštedenje DNA i smanjuje mogudnost repair sistema ,a time povedava rizik za mutaciju.. Simbiotske bakterije ,kada mutiraju luče mutagen koji izaziva dalje mutacije: Sallmonela typhii E. Coli

Teratogeni Teratologija je istraživanje abnormalnosti fiziološkog razvoja. Ova nauka obuhvata istraživanje ljudskih malformacija. Teratologija isto tako obuhvata razvojne stadijume koji nisu vezani za porođaj, poput puberteta. Ona se osim ljudi bavi i drugim životnim formama, uključujući biljke. Noviji termin razvojna toksičnost obuhvata sve manifestacije abnormalnog razvoja, kao što su retardacija rasta ili zaostali mentalni razvoj bez strukturnih malformacija. Teratogeni agensi se mogu podeliti u dve kategorije po njihovoj etiologiji, na genetičke i agense iz životne sredine. Svaka od ovih kategorija koristi različite patološke procese koji mogu da proizvedu embriopatologiju.

Genetički teratogeni agensi Oko 20-25% ljudskih malformacija koje se jave u prvoj godini života su uzrokovane genetičkim agensima. Urođeni defekti uzrokovani ovim teratogenim agensima obuhvataju opseg patoloških procesa koji su određeni pre začetka, prisustvom nasleđenih ili novo stečenih genetičkih abnormalnosti. Neki od uzročnih mehanizama tih porcesa su: deficijencija gena, abnormalnost gena, hromozomsko preuređivanje, hromozomsko brisanje i višak hromozoma. Mada faktori životne sredine mogu da doprinesu razvoju genetički abnormalnog embriona, genetičke abnormalnosti su glavni činioci patoloških procesa.

8

Teratogeni agensi iz životne sredine Aproksimativno 10% ljudskih malformacija koje se jave tokom prve godine života su uzrokovane agensima životne sredine, koji imaju nekoliko zajediničkih karakteristika. 

  



Sensitivnost etape - Postoje tri etape ljudskog embrionskog razvoja: oplođavanje & implantacija, organogeneza i fetalni period. Podložnost embriona, kao i stupanj nepoželjnog dejstva uzrokovanog agensom, zavise od etape u kojoj je došlo do izlaganja. Odnosi doze i odgovora - Postoji kvantitativna korelacija između magnitude embriopatskih dejstava i doze teratogenog agensa. Što je viša doza, to su ozbiljnije posledice. Efekti praga osetljivosti - Odnosi se na nivo izlaganja ispod kog pojava malformacija ili smrtnost nisu statistički veći od kontrolnog uzorka. Genetička varijabilnost - Razlike u materičnom transportu, metabolizmu, apsorpciji i distribuciji agensa u slučaju sisara se moraju uzeti u obzir pri vršenju ekstrapolacija između vrsta. Infekcije – Doza i vreme izlaganja se ne mogu demonstrirati za replikacine teratogene agense.

Širok opseg različitih hemikalija i faktora životne sredine su bilo mogući ili poznati teratogeni kod ljudi i životinja.

Infektivni agensi: Citomegalovirus –mikrocefalija,hidrocefalija,defekti neuralne cijevi,cerebralna kalcifikacija,mentalna retardacija. Rubeola – katarakta,glaukom,gluhoda,bolesti srca Varičela- bolesti kože,mentalna retardacija,mišidna atrofija Treponema palidum-urođena gluhoda,hidrocefalus,mentalna retardacija,abnormalnosti kosti i zuba

9

Hemijski teratogeni: Danas je poznato manje od 30 teratogena (tablica 2.) (7). Budući d a j e 50% trudnoća neplanirano, trudnice i njihovi liječnici zatražuju konzultaciju kliničkog farmakologa o izloženosti lijekovima u trudnoći. Neobično je važno da se trudnicama objasni tzv. "normalna učestalost" malformacija u trudnoći koja iznosi oko 3%. Učinak na fetus i novorođenče Lijek ACE inhibitori

Oštećenje bubrega

amfetamini

Multiple anomalije, slabije učenje

androgeni

Maskulinizacija ženskog

antikolinergici

fetusa Neonatalni

antidepresivi (triciklički)

mekonijski ileus

barbiturati fenobarbiton busulfan ciklofosfamid citarabin diazepam

Sindrom sustezanja Ovisnost Srčane greške, rascjep usne, nepca, genitourinarnog trakta Razne malformacije, porod, težine Razne

dietilstilbestro l

malformacije Razne

etanol fenitoin heroin jodid

malformacije Ovisnost Vaginalna adenoza i adenokarcinom

karbamazepin

Fetalni alkoholni sindrom, neurorazvojni defekti

klorpropamid

Fetalni hidantoinski sindrom

klomipramin

Ovisnost

kokain

Struma, hipotireoza Defekt neuralne cijevi Prolongirana hipoglikemija Letargija, hipotonija, cijanoza, hipotermija

Spontani pobačaj, abrupcija placente, prijevremeni porođaj, infarkt mozga, slabija sposobnost učenja

10

LSD kao mutagen Nekoliko studija je provedeno ,u kojima se dokazuju mutageni efekti LSD-a.Nakon primjene intraabdominalnih injekcija LSD-a koncentracije 1-500 mg ,nisu pronađene nikakve mutacije kod tretirane grupe.Ali kada se povećala koncentracija na 5000 mg ,LSD je siginfikantno povećao proizvodnju spolnih recesivih letalnih mutagena. Wagner je na bazi nekoliko eksperimenata zaključio da LSD interaguje direktno sa purificiranom DNA timusa,vjerovatno interkalirajući ,uzrokujući promjene u DNA strukturi.

Marihuana kao mutagen

Marihuana i duhan su ispitvani na mutagenu aktivnost. Analize pokazuju da dim duhana i marihuane uzrokuje promjene u metaboličkoj aktivnosti.Mutagenost je povezana sa nitrogenom koji sadrže.Te odatle počenje i kancerogeno dejstvo.

11

Literatura          

Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu psihologiju, Beograd, 2002. Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002. Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997. Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd, 2001. Prentis S: Biotehnologija, Školska knjiga, Zagreb, 1991. Dumanović, J, marinković, D, Denić, M: Genetički rečnik, Beograd, 1985. Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986. Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, beograd, 1986. Švob, T. i sradnici: Osnovi opće i humane genetike, Školska knjiga, Zagreb, 1990.

12