การกลายพันธุ์เป็นเป้าหมายสำคัญของการศึกษาสำหรับนักพันธุศาสตร์เซลล์และนักชีวเคมี เป็นการกลายพันธุ์ ยีนหรือโครโมโซม ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นสาเหตุของโรคทางพันธุกรรม ภายใต้สภาพธรรมชาติ การจัดเรียงใหม่ของโครโมโซมเกิดขึ้นน้อยมาก การกลายพันธุ์ที่เกิดจากสารเคมี การกลายพันธุ์ทางชีวภาพ หรือปัจจัยทางกายภาพ เช่น การแผ่รังสีไอออไนซ์ มักเป็นสาเหตุของการผิดรูปแต่กำเนิดและเนื้อร้าย
ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับการกลายพันธุ์
Hugh de Vries นิยามการกลายพันธุ์เป็นการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในลักษณะทางพันธุกรรม ปรากฏการณ์นี้พบได้ในจีโนมของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงมนุษย์ ภายใต้สภาวะปกติ การกลายพันธุ์ในกรดนิวคลีอิกเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก โดยมีความถี่ประมาณ 1 10–4 – 1 10–10.
ขึ้นอยู่กับปริมาณของสารพันธุกรรมที่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลง การกลายพันธุ์แบ่งออกเป็นจีโนม โครโมโซม และยีน จีโนมเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม (monosomy, trisomy, tetrasomy); โครโมโซมสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแต่ละบุคคลโครโมโซม (การลบ, การทำซ้ำ, การโยกย้าย); การกลายพันธุ์ของยีนส่งผลต่อยีนตัวเดียว หากการกลายพันธุ์ส่งผลกระทบต่อนิวคลีโอไทด์เพียงคู่เดียว ก็จะเป็นการกลายพันธุ์แบบจุด
ขึ้นอยู่กับสาเหตุที่ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองและที่เหนี่ยวนำให้เกิดความโดดเด่น
การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเอง
การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเกิดขึ้นในร่างกายภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายใน การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองถือเป็นเรื่องปกติ ซึ่งไม่ค่อยส่งผลร้ายแรงต่อร่างกาย บ่อยครั้งที่การจัดเรียงใหม่ดังกล่าวเกิดขึ้นภายในยีนเดียวกันซึ่งเกี่ยวข้องกับการแทนที่ของเบส - purine สำหรับ purine อื่น (การเปลี่ยนภาพ) หรือ purine สำหรับ pyrimidine (transversion)
มีการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองในโครโมโซมน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองของโครโมโซมมักจะแสดงโดยการโยกย้าย (การถ่ายโอนยีนหนึ่งหรือหลายยีนจากโครโมโซมหนึ่งไปยังอีกโครโมโซมหนึ่ง) และการผกผัน (การเปลี่ยนแปลงในลำดับของยีนในโครโมโซม)
ชักนำให้เกิดการจัดเรียงใหม่
การเหนี่ยวนำให้เกิดการกลายพันธุ์เกิดขึ้นในเซลล์ของร่างกายภายใต้อิทธิพลของสารเคมี รังสี หรือวัสดุการจำลองแบบของไวรัส การกลายพันธุ์ดังกล่าวปรากฏบ่อยกว่าการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองและมีผลร้ายแรงกว่า พวกมันส่งผลกระทบต่อยีนแต่ละตัวและกลุ่มของยีน ขัดขวางการสังเคราะห์โปรตีนแต่ละตัว การเหนี่ยวนำให้เกิดการกลายพันธุ์มักส่งผลกระทบต่อจีโนมทั่วโลก โดยอยู่ภายใต้อิทธิพลของสารก่อกลายพันธุ์ที่โครโมโซมผิดปกติปรากฏในเซลล์ ได้แก่ ไอโซโครโมโซม โครโมโซมวงแหวน ไดเซนตริก
การกลายพันธุ์ นอกเหนือจากการจัดเรียงใหม่ของโครโมโซม ยังทำให้ DNA เสียหาย: การแยกเส้นใยสองเส้น,การก่อตัวของ DNA crosslink
ตัวอย่างสารเคมีก่อกลายพันธุ์
สารก่อกลายพันธุ์ทางเคมี ได้แก่ ไนเตรต ไนไตรต์ แอนะล็อกฐานไนโตรเจน กรดไนตรัส ยาฆ่าแมลง ไฮดรอกซิลามีน วัตถุเจือปนอาหารบางชนิด
กรดไนตรัสทำให้หมู่อะมิโนแยกออกจากฐานไนโตรเจนและแทนที่ด้วยกลุ่มอื่น สิ่งนี้นำไปสู่การกลายพันธุ์ของจุด ไฮดรอกซิลามีนยังทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เกิดจากสารเคมี
ไนเตรตและไนไตรต์ในปริมาณสูงเพิ่มความเสี่ยงของโรคมะเร็ง อาหารเสริมบางชนิดทำให้เกิดปฏิกิริยาอะริเลชันของกรดนิวคลีอิก ซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักของกระบวนการถอดรหัสและการแปล
สารก่อกลายพันธุ์ทางเคมีมีความหลากหลายมาก บ่อยครั้งที่สารเหล่านี้ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ในโครโมโซม
การกลายพันธุ์ทางกายภาพ
สารก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพ ได้แก่ รังสีไอออไนซ์ ส่วนใหญ่เป็นคลื่นสั้น และอัลตราไวโอเลต รังสีอัลตราไวโอเลตเริ่มกระบวนการลิปิดเปอร์ออกซิเดชันในเยื่อหุ้มเซลล์ กระตุ้นการก่อตัวของข้อบกพร่องต่างๆ ใน DNA
รังสีเอกซ์และแกมมากระตุ้นการกลายพันธุ์ที่ระดับโครโมโซม เซลล์ดังกล่าวไม่สามารถแบ่งตัวได้ แต่จะตายระหว่างการตายของเซลล์ การกลายพันธุ์ที่เหนี่ยวนำสามารถส่งผลต่อยีนแต่ละตัวได้ ตัวอย่างเช่น การปิดกั้นยีนต้านเนื้องอกทำให้เกิดเนื้องอก
ตัวอย่างการจัดเรียงใหม่ที่ถูกเหนี่ยวนำ
ตัวอย่างของการกลายพันธุ์ที่เหนี่ยวนำให้เกิดคือโรคทางพันธุกรรมต่างๆ ซึ่งมักเกิดขึ้นในบริเวณที่มีแนวโน้มการสัมผัสกับปัจจัยการกลายพันธุ์ทางกายภาพหรือทางเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าในรัฐเกรละของอินเดียซึ่งมีปริมาณรังสีไอออไนซ์ที่มีประสิทธิภาพต่อปีสูงกว่าค่าปกติ 10 เท่า ความถี่ของการเกิดของเด็กกลุ่มอาการดาวน์ (trisomy บนโครโมโซมที่ 21) จะเพิ่มขึ้น ในเขตหยางเจียงของจีน พบโมนาไซต์กัมมันตภาพรังสีจำนวนมากในดิน องค์ประกอบที่ไม่เสถียรในองค์ประกอบ (ซีเรียม ทอเรียม ยูเรเนียม) สลายตัวด้วยการปล่อยแกมมาควอนตา การได้รับรังสีคลื่นสั้นในเคาน์ตีทำให้เกิดเด็กจำนวนมากที่มีอาการแมวร้องไห้ (การลบโครโมโซมที่ 8 ส่วนใหญ่ออกไป) รวมถึงอุบัติการณ์มะเร็งที่เพิ่มขึ้น อีกตัวอย่างหนึ่ง: ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2530 มีการบันทึกจำนวนการเกิดของเด็กดาวน์ซินโดรมในยูเครน ซึ่งเกี่ยวข้องกับอุบัติเหตุที่เชอร์โนบิล ในช่วงไตรมาสแรกของการตั้งครรภ์ ทารกในครรภ์จะไวต่อผลกระทบของการกลายพันธุ์ทางกายภาพและทางเคมี ดังนั้นการฉายรังสีปริมาณมหาศาลจึงทำให้ความถี่ของความผิดปกติของโครโมโซมเพิ่มขึ้น
สารเคมีก่อกลายพันธุ์ที่น่าอับอายที่สุดชนิดหนึ่งในประวัติศาสตร์คือยาระงับประสาท Thalidomide ซึ่งผลิตในประเทศเยอรมนีในทศวรรษ 1950 การใช้ยานี้ทำให้เกิดเด็กจำนวนมากที่มีความผิดปกติทางพันธุกรรมมากมาย
นักวิทยาศาสตร์มักใช้วิธีเหนี่ยวนำให้เกิดการกลายพันธุ์เพื่อค้นหาวิธีที่ดีที่สุดในการต่อสู้กับโรคภูมิต้านตนเองและความผิดปกติทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับการหลั่งโปรตีนมากเกินไป
