Открытие мутационного процесса в начале XX в. положило начало всестороннему изучению причин и механизмов наследственной изменчивости. Успеху в этом направлении способствовали:
1) выявление мутагенного действия рентгеновских лучей;
2) обнаружение систем, позволяющих отличить мутации в хромосомах от повреждений митотического аппарата или компонентов цитоплазмы;
3) разработка методов количественного учета вновь возникающих мутаций.

В 1925 г. отечественные ученые Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов обнаружили повреждающее действие лучей радия на клетки дрожжей. В 1928 г. Г. Мёллер разработал методы количественного учета мутаций у дрозофилы, что позволило ему перейти от констатации мутагенного эффекта рентгеновских лучей к подробному изучению этого феномена.

В связи с тем, что основные закономерности мутационного процесса были открыты при изучении генетических эффектов ионизирующей радиации, в данной главе сначала будет рассмотрен радиационный и химический мутагенез и только потом - спонтанный мутационный процесс.

К ионизирующим излучениям относят электромагнитные рентгеновские, у- и космические лучи, а также высокоэнергетические и др. корпускулярные излучения. Проходя через клетку, они выбивают электроны из внешней оболочки атомов или молекул, превращая их в положительные ионы; освободившиеся электроны продолжают это процесс и выбивают электроны из других атомов и молекул. Атомы, захватившие такие электроны, приобретают отрицательный заряд. Биологическое действие радиации всех типов зависит от локализации источника по отношению к объекту (внутри или вне), типа излучения, энергии излучения и ряда физико-химических свойств поглощающего объекта .

Рентгеновские лучи с длиной волны 0,1-1,0 нм обладают высокой ионизирующей активностью, проникают внутрь живых тканей, причем энергия поглощается непосредственно компонентами клетки, в том числе - молекулами ДНК. Молекулярные механизмы мутагенного действия ионизирующих излучений в общем виде базируются на разнообразных повреждениях нуклеиновых кислот: разрывается углеводно-фосфатный скелет молекулы ДНК, разрушаются основания (особенно пиримидиновые), происходят химические перестройки оснований, изменяющие их способность к спариванию (например, производное пурина спаривается с пурином же, а не с пиримидином). Образуются «сшивки» как в молекулах нуклеиновых кислот, так и между молекулами ДНК и белками.

Более подробное описание событий в облученной ДНК следует начать с образования сложного макрорадикала с двумя типами локализации неспаренных электронов: поврежденные основания и сахаро-фосфатные цепи. Нуклеотиды повреждаются примерно в 3 раза чаше, чем сахаро-фосфатная часть. Углеродные связи радиоустойчивее, чем фосфодиэфирные в 7,5 раз. Пиримидиновые основания в 2 раза радиочувствительнее пуриновых, причем наиболее радиочувствителен тимин. Чаше повреждается одна цепь ДНК, при этом первичные повреждения (дезаминирование оснований, алкилирование, возникновение оксимов цитозина, димеризация или гидратация пиримидиновых оснований) приводят к вторичным реакциям - разрыву водородных связей, конфигурационным изменениям надмолекулярных структур ДНК и внутри- и межмолекулярным сшивкам полимерных цепей. Разрушение надмолекулярных структур (деспирализация) обусловлено двойными разрывами ДНК, которые возникают, если одиночные разрывы цепей ДНК расположены на расстоянии не более 10 пар нуклеотидов друг от друга.

Частота индуцированных генных мутаций пропорциональна дозе облучения. Так, уже в первых экспериментах на дрозофиле при использовании разных доз облучения было установлено, что частота сцепленных с полом рецессивных летальных мутаций находится в линейной зависимости от дозы радиации. Кривые доза-эффект характеризуются отсутствием порога и постеленным нарастанием до насыщения, начиная с самых малых доз. Такой характер кривых отражает не усиление степени поражения с возрастанием дозы, а увеличение вероятности поражения: даже самые малые дозы ионизирующей радиации могут привести к возникновению летальных мутаций и гибели клеток, но лишь у небольшого числа особей.

- Читать далее "Доза ионизирующего излучения и частота мутации. Зависимость дозы ионизирующего излучения от частоты мутаций."