Рекомбинация

Молекулярная филогенетика

Молекулярная систематикафилогенетика

Молекулярная систематика — продукт традиционных областей систематики и молекулярной генетики. Он использует последовательности ДНК, РНК или белков для решения вопросов систематики, то есть их правильной научной классификации или таксономии с точки зрения эволюционной биологии.

Молекулярная систематика стала возможной благодаря доступности методов секвенирования ДНК, которые позволяют определять точную последовательность нуклеотидов или оснований в ДНК или РНК. В настоящее время секвенирование всего генома организма все еще является длительным и дорогостоящим процессом, и это было сделано только для нескольких видов. Однако определить последовательность определенного участка конкретной хромосомы вполне реально. Типичный молекулярный систематический анализ требует секвенирования около 1000 пар оснований.

Истоки новых генов

Новые гены возникают в результате нескольких различных генетических механизмов, включая дупликацию генов, возникновение de novo, ретротранспозицию, образование химерных генов, набор некодирующих последовательностей и усечение генов.

Дупликация генов изначально ведет к избыточности. Однако дублированные генные последовательности могут мутировать, чтобы развивать новые функции или специализироваться так, чтобы новый ген выполнял подмножество исходных наследственных функций. В дополнение к дублированию целых генов, иногда дублируется только домен или часть белка, так что полученный ген является удлиненной версией родительского гена.

Ретротранспозиция создает новые гены, копируя мРНК в ДНК и вставляя ее в геном. Ретрогены часто внедряются в новые места генома и часто развивают новые паттерны экспрессии и функции.

Химерные гены образуются, когда дупликация, делеция или неполная ретротранспозиция объединяют части двух разных кодирующих последовательностей для получения новой генной последовательности. Химеры часто вызывают регуляторные изменения и могут перетасовывать белковые домены для создания новых адаптивных функций.

Рождение гена de novo также может дать начало новым генам из ранее некодирующей ДНК. Например, Левин и его коллеги сообщили о происхождении пяти новых генов вгеноме D. melanogaster из некодирующей ДНК. Подобное происхождение генов de novo было также показано у других организмов, таких как дрожжи, рис и человек. Гены de novo могут развиваться из транскриптов, которые уже экспрессируются на низких уровнях. Мутация стоп-кодона на обычный кодон или сдвиг рамки считывания может вызвать расширенный белок, который включает ранее некодирующую последовательность. Формирование новых генов с нуля обычно не может происходить в геномных областях с высокой плотностью генов. Существенными событиями для образования генов de novo являются рекомбинация / мутация, которая включает вставки, делеции и инверсии. Эти события допустимы, если последствия этих генетических событий не влияют на клеточную активность. Большинство геномов содержат профаги, генетические модификации которых, как правило, не влияют на распространение генома хозяина. Следовательно, существует более высокая вероятность генетических модификаций в таких регионах, как профаги, что пропорционально вероятности образования генов de novo.

De novo эволюцию генов также можно смоделировать в лаборатории. Например, полуслучайные генные последовательности могут быть выбраны для определенных функций. Более конкретно, они выбрали последовательности из библиотеки, которые могут дополнять делецию гена в E. coli. Удаленный ген кодирует энтеробактин эстеразу железа (Fes), которая высвобождает железо из хелатора железа, энтеробактина. В то время как Fes представляет собой белок из 400 аминокислот, недавно выбранный ген имел длину всего 100 аминокислот и не был связан по последовательности с Fes.

Предположения сторонников эволюционизма

Гены расположены вдоль хромосомы. Назначением рекомбинации в ходе мейоза считают оставление имеющихся генов неизменными за счёт реакций в нейтральных областях между рамками считывания.

Рекомбинация генов способна вести к получению новых аллелей, но считается, что клетка не осуществляет этого целенаправленно, а любые изменения последовательности генов — мутации вследствие ошибок при рекомбинации или репликации

Теория эволюции ведёт к предположению, будто рекомбинация изначально возникла по ошибке, а не в результате разумного замысла. При половом размножении гаметы (яйцеклетки, сперматозоиды) являются результатом процесса деления клеток, называемого мейозом. До начала мейотического деления гомологические хромосомы объединяются на оси клетки перед расхождением на противоположные полюса. Считается, что это гомологическое объединение в пары изначально производилось лишь для обеспечения деления генетической информации поровну. Но в ходе этого процесса случайно произошло деление ДНК, что обеспечило изменичовость, это дало преимущество в стественном отборе, в связи с чем и стало обычным явлением при формировании гамет. Заранее предполагается, что рекомбинация происходит случайным образом, и фенотипы, получаемые при этом — также случайны.
ДНК, используемая в мейотической рекомбинации, обладает гомологией, то есть, последовательностями, очень похожими друг на друга, а также кодами для различных вариантов одной и той же характеристики. Перед тем, как хромосомная ДНК распределяется в новых, дочерних клетках, гомологи объединяются в пары и сраживаются вместе в нескольких точках. В ходе этих взаимодействий часто происходит обмен множеством генов и целых областей. Эти генетические перекресты, также называемые кроссинговерами, обычно используются для определения относительного положения генов в хромосомах, и таким образом получается генетическая карта. Но, вопреки эволюционным предрассудкам, назначение этих преобразований изначально заложено Создателем. Потомки всегда уникальны с генетической точки зрения благодаря рекомбинации, но пока мы выявили лишь наиболее легко обнаруживаемые результаты этого процесса, а желаемые — остаются в основном теоретическими. Но уже ясно, что рекомбинация является весьма производительным источником новых аллелей.
Наши знания о рекомбинации в основном получены в ходе исследований бактерий E. coli, а её результаты при половом размножении — в основном в ходе исследований низших эукариотов, например, хлебопекарных дрожжей, а также мух-дрозофил. Недавние опыты на мышах обеспечили нас дополнительными данными в отношении млевопитающих, и показали заметное различие между процессами рекомбинации у одноклеточных и многоклеточных организмов. Но, как и в случае с другими механизмами «домашнего хозяйства» клетки («гены домашнего хозяйства» — «housekeeping genes» — общепринятый биологический термин — прим. перев.), основные принципы и многие гены, задействованные в гомологической рекомбинации (HR), сохраняются одинаковыми во в множестве форм жизни, встречающихся на планете. Теперь ясно, что всё происходящее с генами в ходе рекомбинации является частью хорошо согласованного процесса, включающего в себя целый каскад определённых макромолекулярных взаимодействий, и управляется высокооргнизоанными регулирующими системами. В частности, индуцирование рекомбинации в ходе мейоза находится в зависимости от нескольких генов и регулируется сложной сетью клеточных сигнальных механизмов..

Роль генетических мутаций в процессе эволюции

Эволюция — это процесс изменения живых организмов со временем. Генетические мутации играют ключевую роль в этом процессе. Они возникают случайно и могут приводить к изменению генотипа и фенотипа. В результате этого происходят изменения в организме, которые могут оказаться выгодными или невыгодными для выживания его потомков.

Некоторые мутации могут улучшить выживаемость организма в определенных условиях, например, мутация, приводящая к развитию более сильного иммунитета. Такие организмы имеют больше шансов передать свои гены дальше и унаследовать их потомкам, что приводит к распространению этой мутации в популяции.

С другой стороны, мутации могут быть невыгодными и приводить к снижению выживаемости организма, например, мутация, вызывающая генетические заболевания. Организмы, унаследовавшие такую мутацию, могут иметь меньше шансов на выживание и передачу своих генов дальше, что приводит к ограничению распространения подобных мутаций в популяции.

В целом генетические мутации необходимы для эволюционного развития живых организмов. Они являются основой для появления новых признаков, адаптации к новым условиям среды и постоянного изменения биологического мира.

Неслучайная рекомбинация

С момента открытия и использования кроссинговеров в генетических картах предполагалось, что они приисходят на случайных расстояниях вдоль хромосомы. Считалось, что частота кроссинговеров напрямую связана с расстояниями между генами, но ряд отрытий показал наличие различных интенсивностей и схем рекомбинации, что потребовало пересмотреть расстояния на картах. Теперь хорошо известно, что частота рекомбинации не является постоянной ни в одной из клеток. В некоторых областях генома она происходит на несколько порядков чаще, чем в других. Такие «гиперактивные» области назвали «горячими точками», а неактивные, где обмена почти или совсем не происходит — «холодными»..
Частота случаев рекомбинации также неслучайна. Значительное различие по этому параметру наблюдается при сравнении клеток зародышевой линии с соматическими. Например, частоту митотической рекомбинации у гриба Устилаго майдис оценивают в 2.9 x 107, а при мейозе наблюдаются значения порядка 1.9 x 103. Зависит частота рекомбинации и от пола. При помощи стандартного анализа связей было подтверждено, что у женского пола интенсивность рекомбинации выше, чем у мужского, и во втором случае она чаще происходит в дистальной части хромосомы. Применяя эти и другие методы по отдельности, исследователи убедились в заметном межиндивидуальном различии параметров рекомбинации на малых расстояниях. Другие исследователи продемонстрировали влияние фоновых явлений на частоту рекомбинации, используя иммуноокрашивание для получения доступа к схемам мейотического обмена. Обнаружено, что часто случаи кроссинговера распределены не случайно, и имеет место т. наз. позитивная интерференция (ситуация, когда один кроссинговер снижает вероятность других в смежных областях — прим. перев.)..
В дополниние к случаям обмена в ходе деления клеток, генетическая рекомбинация участвует и в других формах внесения изменений в ДНК. Например, она вызывается либо подавляется, как функция, заранее заложенная в клетку, в ходе дифференциации и развития. Она также используется для безошибочной репарации ДНК, в этом случае предотвращая непреднамеренную изменчивость. Рекомбинация поддерживает целостность генома, исправляя целый ряд разновидностей повреждений в ДНК Гомологическая рекомбинация стимулируется двухцепочечными разрывами на любом этапе клеточного цикла, а также отвечае за выполнение удалений, дупликаций и транслокаций между диспергированными гомологами, которые часто являются реакциями на стресс Характерные подробности точной последовательности гомологии, требуемой для рекомбинации, остаются в основном неизвестными, но множество функций, выполняемых этими процессами, позволяет считать их основным механизмом, ответственных за практически все формы внесения изменений в последовательность, а также её поддержания.

определение

То, что мы называем гомологией в рекомбинации, не обязательно указывает на эволюционное происхождение участвующих молекул. Мы говорим больше о степени сходства в нуклеотидной последовательности.

Например, нерепаративная рекомбинация происходит у эукариот во время процесса мейоза. Несомненно, не может быть большей гомологии, чем между парами хромосом в одной клетке.

Вот почему они называются гомологичными хромосомами. Однако существуют случаи, когда ДНК клетки обменивается материалом с чужеродной ДНК. Эти ДНК должны быть очень похожи на рекомбинацию, но они не обязательно должны иметь одного и того же предка (гомологию) для достижения этого..

Хиазм и сшивание

Сайт объединения и обмена между двумя молекулами ДНК называется хиазмом, а сам процесс сшивания. Во время скрещивания подтверждается обмен полос между участвующими ДНК..

Это создает коинтеграцию, которая представляет собой две молекулы ДНК, физически объединенные в одну. Когда коинтеграция «решена», генерируются две молекулы, обычно изменяемые (рекомбинантные).

«Решить» в контексте рекомбинации — разделить молекулы ДНК на компоненты коинтеграции..

Несоответствие морфологической эволюции

Иногда возникают несоответствия между молекулярной и морфологической эволюцией, что находит отражение в молекулярных и морфологических систематических исследованиях, особенно бактерий, архей и эукариотических микробов. Эти несоответствия можно разделить на два типа: (i) одна морфология, множественные клоны (например, морфологическая конвергенция, скрытые виды ) и (ii) одна линия, множественные морфологии (например, фенотипическая пластичность, множественные стадии жизненного цикла ). Нейтральная эволюция, возможно, могла бы объяснить несоответствия в некоторых случаях.

Адаптация

Адаптация к определённой среде обитания или нише влечёт за собой во многом включает в себя неохарактеризованные модификации генома, и многое из того, что изучено о генетической наследственности, сформулировано теоретиками, не признающими, что клетки специально спроектированы таким образом, чтобы осуществлять эти изменения целенаправленно. Способность клетки производить новые аллели в течение длительного времени понимали неправильно, поскольку результаты этих процесов списывали на источник, независимый от предназначения клетки — мутацию. Механизм действия этого вида генной конверсии ещё не полностью изучен, но уже чётко показывает, что клетка способна заданным образом вносить изменения в гены, и тем самым быстро увеличивать количество аллелей в популяции. Дальнейший сбор сведений станет дополнительным весомым свидетельством того, что именно заданная конструкция клеток отвечает за генетическую изменчивость, а также результирующую способность приспосабливаться.

Что такое мутация

Мутация относится к постоянному наследственному изменению нуклеотидной последовательности гена или хромосомы. Это может произойти из-за ошибок во время репликации ДНК или повреждающего действия мутагенов, таких как радиация и химические вещества. Мутация может представлять собой точечную мутацию, которая заменяет один нуклеотид другим, мутацию со сдвигом рамки, которая вставляет или удаляет один или несколько нуклеотидов, или хромосомную мутацию, которая изменяет хромосомные сегменты.

Точечные мутации

Точечные мутации также известны как замены, поскольку они заменяют нуклеотиды. Три типа точечных мутаций могут быть идентифицированы на основе эффекта каждого типа мутаций. Это бессмысленные мутации, бессмысленные мутации и молчащие мутации. В миссенс мутацииизменение одной пары оснований в нуклеотидной последовательности гена может изменить одну аминокислоту, что в конечном итоге может привести к получению другого белка вместо ожидаемого белка. В бессмысленные мутацииизменение одной пары оснований в нуклеотидной последовательности гена может служить сигналом для подавления продолжающейся трансляции. Это может привести к выработке нефункционального белка, состоящего из укороченной аминокислотной последовательности. В немые мутацииизменение может кодировать либо одну и ту же аминокислоту из-за вырожденности генетического кода, либо вторую аминокислоту со схожими свойствами. Следовательно, функция белка может не изменяться, поскольку нуклеотидная последовательность варьируется. Различные типы точечных мутаций показаны в Рисунок 1.

Рисунок 3: точечные мутации

Мутации смены кадров

Три типа мутаций сдвига кадров: вставка, удаление и дублирование.вставка одного или нескольких нуклеотидов изменит количество пар оснований гена.делеция является удаление одного или нескольких нуклеотидов из гена. В дупликацииодин или несколько нуклеотидов копируются один или несколько раз. Таким образом, все мутации сдвига кадров изменяют открытую рамку считывания гена, внося изменения в правильную аминокислотную последовательность белка. Эффект мутации сдвига кадров показан на фигура 2.

Рисунок 2: Мутации смещения кадров

Хромосомная мутация

Типы изменений в хромосомных сегментах: транслокации, дупликации генов, внутрихромосомные делеции, инверсии и потеря гетерозиготности.Транслокации являются обменами генетических частей негомологичных хромосом. Вдупликация геновможет произойти несколько копий определенного аллеля, увеличивая дозу гена.Внутрикромосомные делеции Это удаление сегментов хромосом.Инверсия изменить ориентацию сегмента хромосомы.Гетерозиготность гена может быть потеряно из-за потери аллеля в одной хромосоме путем делеции или генетической рекомбинации. Хромосомные мутации показаны врисунок 3.

Рисунок 1: Хромосомные Мутации

Количество мутаций в геноме можно минимизировать с помощью механизмов репарации ДНК. Восстановление ДНК может происходить двумя способами, как до-репликативным, так и пост-репликативным. При пре-репликативной репарации ДНК нуклеотидные последовательности подвергаются поиску ошибок и восстанавливаются до репликации ДНК. В пострепликативной репарации ДНК во вновь синтезированной ДНК проводится поиск ошибок.

Профилактика и лечение генетических мутаций

Профилактика

Профилактика генетических мутаций начинается с правильного образа жизни и здорового питания

Кроме того, важно избегать избыточной ультрафиолетовой радиации, повышенного уровня радиации, тяжелых металлов и других вредных веществ. Не менее важно регулярно проходить медицинские обследования и обращаться к специалистам при обнаружении первых симптомов заболеваний

Для пар, планирующих беременность, рекомендуется проведение генетической консультации и тестирование для выявления наследственных заболеваний. При необходимости возможно использование технологий репродуктивной медицины, таких как ЭКО и ПГД, для предотвращения передачи генетических заболеваний детям.

Лечение

Лечение генетических мутаций зависит от конкретного типа мутации и ее проявлений. Некоторые генетические заболевания лечатся медикаментозно, другие требуют хирургического вмешательства или методов заместительной терапии.

Некоторые генетические заболевания, включая редкие наследственные заболевания, требуют индивидуального подхода к лечению, и в этом случае рекомендуется обращаться к специалистам с соответствующими знаниями и опытом.

Несмотря на то, что полное излечение генетических заболеваний невозможно, своевременное обращение к врачу и правильное лечение помогают снизить тяжесть симптомов и качество жизни пациентов.

Биотехнологии и их роль в изучении генетических мутаций

Редактирование генома: новые возможности

Биотехнологические достижения позволяют сегодня не только определять наличие мутаций, но и изменять их.

Так, благодаря технике CRISPR/Cas9, исследователи могут точечно изменять геном организма, что открывает перспективы для решения как научных, так и практических задач. В частности, на основе этой технологии уже создают более устойчивые к заболеваниям культуры растений и животных, а также изучают механизмы мутаций на молекулярном уровне.

Однако использование новых технологий в генетике также вызывает обоснованные опасения. В некоторых случаях, изменение генома может привести к нежелательным последствиям – не только для конкретного индивидуума, но и для всего видового сообщества. Поэтому, перед началом любых экспериментов, необходимо учитывать риски и проводить их комплексную оценку.

Биотехнологии и личное здоровье

Современные методы исследования генетических мутаций широко используются в медицине. Например, генетические тесты позволяют обнаруживать наследственные заболевания и предохранять от них потомство. К тому же, изучение генетических мутаций помогает разрабатывать новые методы диагностики и лечения различных заболеваний.

Кроме того, некоторые новые технологии – например, терапия CAR-T – уже показали свою эффективность в борьбе с раком крови и другими болезнями, и исследователи продолжают работать над усовершенствованием этой методики. В целом, биотехнологии предоставляют уникальные возможности для повышения качества жизни и предупреждения заболеваний.

Примечания и ссылки

1. Историческое определение, сохраненное официальным лицом Журнал Французской Республики : Официальный журнал Французской Республики от 22 сентября 2000 г., Терминологический справочник 2000 г.]
2. Клеточная и молекулярная биология, Джеральд Карп, 2007, опубликовано Университетом Де Бека ( ISBN   ) , 9782804145378
3. Visser JA, Елена SF. Эволюция пола: эмпирическое понимание роли эпистаза и дрейфа. Nat Rev Genet. 2007 139-149.
4. Агравал А.Ф. Эволюция пола: почему организмы меняют свои генотипы? Curr Biol. 2006 R696-704.
5. (in) Kellenberger G. Zichichi, ML ,, Weigle »  Обмен ДНК при рекомбинации бактериофага лямбда  » , Proc. Natl. Акад. Sci. США , п о  № 47,1961 г., стр.  869-878

Эксперименты по молекулярной эволюции in vitro

Принципы молекулярной эволюции также были обнаружены, а другие выяснены и протестированы с использованием экспериментов, включающих амплификацию, вариацию и отбор быстро пролиферирующих и генетически изменяющихся молекулярных видов вне клеток. С момента пионерской работы Сола Шпигельмана в 1967 г. , включающая РНК, которая реплицируется с помощью фермента, извлеченного из вируса Qß , несколько групп (таких как Kramers и Biebricher / Luce / Eigen ]) изучали мини- и микроварианты этой РНК в 1970-х и 1980-х годах, которые реплицируются в масштабе времени от секунд до минуты, позволяя проследить сотни поколений с большими размерами популяции (например, 10 ^ 14 последовательностей) за один день экспериментов.. Химико-кинетическое выяснение подробного механизма репликации означало, что этот тип системы был первой системой молекулярной эволюции, которую можно было полностью охарактеризовать на основе физико-химической кинетики, что позже позволило первым моделям генотипа фенотипировать карта на основе последовательности зависимой сворачивания и рефолдинга РНК, которая должна быть произведена . При условии сохранения функции многокомпонентного фермента Qβ, химические условия могут значительно варьироваться, чтобы изучить влияние изменения окружающей среды и давления отбора . Эксперименты с квазивидами РНК in vitro включали определение порога ошибки для информации в молекулярной эволюции , открытие эволюции de novo , ведущей к различным реплицирующимся видам РНК, и открытие пространственных бегущих волн как идеальных реакторов молекулярной эволюции. . В более поздних экспериментах использовались новые комбинации ферментов для выяснения новых аспектов взаимодействующей молекулярной эволюции, включая популяционно-зависимую приспособленность, включая работу с искусственно созданными молекулярными хищниками-жертвами и кооперативными системами из множества РНК и ДНК . Для этих исследований были спроектированы специальные реакторы эволюции, начиная с машин для последовательной передачи, проточных реакторов, таких как машины для измерения параметров ячеек, капиллярных реакторов и микрореакторов, включая линейные проточные реакторы и реакторы для гелевых пластинок

Эти исследования сопровождались теоретическими разработками и моделированием с участием кинетики сворачивания и репликации РНК, которые прояснили важность корреляционной структуры между расстоянием в пространстве последовательностей и изменениями приспособленности , включая роль нейтральных сетей и структурных ансамблей в эволюционной оптимизации

Диагностика генетических мутаций

Диагностика генетических мутаций является важным этапом при выявлении наследственных заболеваний и риска их развития у потомков.

Одним из методов диагностики является генетическое тестирование, который позволяет определить наличие или отсутствие мутаций в генах. Это может быть полезно для предотвращения развития заболеваний путем раннего выявления и подходящего лечения.

Генетическое тестирование может проводиться на любой возраст, однако, его необходимость у разных людей может значительно отличаться. Например, тестирование может быть рекомендовано для людей, у которых есть наследственный риск развития заболевания, или для пар, которые планируют беременность и хотят исключить риск передачи наследственного заболевания своим будущим детям.

Генетическое тестирование включает в себя обширный анализ ДНК, который проводится в специализированных лабораториях. Результаты тестирования обычно готовы через несколько недель, и могут быть использованы для принятия подходящих решений в лечении и управлении заболеванием.

В современном мире генетическое тестирование является одним из самых эффективных и точных методов диагностики наследственных заболеваний, что позволяет надежно оценить риск их развития у потомков и предпринять необходимые меры для профилактики и лечения.

Новые аллели

Недавно исследователями был признан ещё один вид генетической рекомбинации, имеющий общие механизмы с мейотическими кроссинговерами, и с большой вероятностью отвечающей за формирование новых аллелей. Этот процесс, названный генной конферсией, использует шаблонную ДНК для внесение изменений в активные последовательности. В его ходе псевдогены, которые в прошлом часто называли «мусорной ДНК», часто используются для внесения этих изменений Генную конверсию в большинстве случаев легко отличить от кроссинговеров, поскольку изменяется лишь один из гомологов. Сегодня тщательно задокументировано, что миотическая рекомбинация через генную конверсию способна создавать генетически изменённые клетки, и исследователи предполагают, что этот процесс способен вести к получению гена с новыми функциями за счёт перестановки различных частей родительских рамок считывания. Репарация ДНК также происходит, когда уцелевшая копия из сестринской хроматиды или гомологической хромосомы используется для замены повреждённой области (избыточность, приблизительно как в зеркальном RAID-массиве — прим. перев.). Генную конверсию теперь считают ответственной за проведение многих изменений, которые раньше приписывали другим механизмам репарации либом].

Кроссинговер — это обмен между двумя гомологическими областями, но в ходе генной конверсии изменяется лишь один из гомологов. Остальные области той же хромосомы вместо этого обычно используются для конверсии гена, и тем самым вводят в популяцию новые аллели. Этот механизм отвечает за создание новых аллелей в иммуноглобулины, локусы MHC, и др.

Изменчивые гены

Многообразие в пределах популяции имеет место, поскольку гены, участвующие в получении характеристики, содержатся в ряде аллелей, и потому наследственные черты полиморфны, т.е., имеются более, чем в одной форме. У близкородственных организмов обычно очень много аллелей. Например локус гена цистатионина бета-синтазы хорошо изучен у людей, и, например, Exon 8 имеет значительную частоту изменений единичных нуклеотид. Оценивается, что приблизительно 5 % людей европиоидной расы имеют вариации в этой области. Эволюционисты в общем случае полагают, будто новые аллели являются результатами случайных мутаций, постепенно накопленных за миллионы лет. Но живущие популяции были подвергнуты проверке всего лишь через десятилетия после ярко выраженных проявлений «эффекта бутылочного горлышка» — и генетическое разнообразие при этом оказывалось удивительно большим. Это весомое подтверждение наличия механизма быстрого восстановления изменчивости, но исследовано это явление недостаточно. Объяснение для этого восстановления разнообразия было предложено после открытия того, что в любом геноме много генов, гиперизменчивых по сравнению с другими.
Не все гены изменчивы. Большинство генов в геноме относится к генам «домашнего хозяйства), и в основном остаются неизменными даже при сравнении двух сильно различающихся между собой особей. А изменчивые гены значительно изменяются от одного поколения к другому, и для каждого из них схема изменения неслучайна. Характеризация изменчивых генов к настоящему моменту показывает, что это разнообразие возникает систематически через генную конверсию под строгим контролем со стороны клетки. Например, у изменчивых генов есть «горячие» и «холодные» точки активности, аналогичные имеющим место при генных кроссинговерах в ходе мейоза. Да и разнообразие они часть проявляют большее, чем нейтральные области между рамками считывания.. Аналогичным образом стало известно, что изменчивые гены сохраняют кодоны в определённых местах в пределах изменяющейся области. Преобладание несинонимичных замещений над синонимичными дополнительно подтверждает неслучайность. Всё отчётливее назревает вопрос: а действительно ли изменчивость — результат случайных мутаций, как полагают эволюционисты?

Движущие силы эволюции

нейтральная теория молекулярной эволюциисовременный синтез (20 век)мутационизм

В зависимости от относительной важности, приписываемой различным силам эволюции, три точки зрения обеспечивают эволюционное объяснение молекулярной эволюции. Гипотезы селекционистов утверждают, что отбор является движущей силой молекулярной эволюции

Признавая, что многие мутации нейтральны, селекционеры приписывают изменение частот нейтральных аллелей нарушению равновесия по сцеплению с другими локусами, находящимся в процессе отбора, а не случайному генетическому дрейфу. Ошибки в использовании кодонов обычно объясняются со ссылкой на способность даже слабого отбора формировать молекулярную эволюцию

Гипотезы селекционистов утверждают, что отбор является движущей силой молекулярной эволюции. Признавая, что многие мутации нейтральны, селекционеры приписывают изменение частот нейтральных аллелей нарушению равновесия по сцеплению с другими локусами, находящимся в процессе отбора, а не случайному генетическому дрейфу. Ошибки в использовании кодонов обычно объясняются со ссылкой на способность даже слабого отбора формировать молекулярную эволюцию.

Гипотезы нейтралистов подчеркивают важность мутации, очищающего отбора и случайного генетического дрейфа. Введение Кимурой нейтральной теории, за которым вскоре последовали собственные открытия Кинга и Джукса, привело к ожесточенным спорам об актуальности неодарвинизма на молекулярном уровне

Нейтральная теория молекулярной эволюции предполагает, что большинство мутаций в ДНК находятся в местах, не имеющих важное значение для функции или пригодности. Эти нейтральные изменения смещаются в сторону фиксации в популяции. Положительные изменения будут очень редкими и не будут сильно способствовать полиморфизму ДНК. Вредные мутации не вносят большой вклад в разнообразие ДНК, потому что они отрицательно влияют на приспособленность и поэтому вскоре удаляются из генофонда. Эта теория обеспечивает основу для молекулярных часов. Судьба нейтральных мутаций определяется генетическим дрейфом и вносит вклад как в полиморфизм нуклеотидов, так и в фиксированные различия между видами.

В самом строгом смысле нейтральная теория не точна. Тонкие изменения в ДНК очень часто имеют последствия, но иногда эти эффекты слишком малы, чтобы естественный отбор мог их подействовать. Даже синонимичные мутации не обязательно нейтральны, потому что количество каждого кодона неоднородно. Почти нейтральная теория расширила нейтралистскую точку зрения, предположив, что некоторые мутации почти нейтральны, что означает, что и случайный дрейф, и естественный отбор имеют отношение к их динамике. Основное различие между нейтральной теорией и почти нейтральной теорией состоит в том, что последняя фокусируется на слабом отборе, а не на строго нейтральном.

Гипотезы мутационистов подчеркивают случайный дрейф и предвзятость в паттернах мутаций. Суэока был первым, кто предложил современную мутационистскую точку зрения. Он предположил, что изменение содержания GC было не результатом положительного отбора, а следствием мутационного давления GC.

Выводы о генетических мутациях

1. Генетические мутации могут быть вредными или полезными

Генетические мутации могут возникать в естественном порядке или стать результатом воздействия окружающей среды. Некоторые мутации могут изменить функцию гена, что может иметь вредные последствия для здоровья. Однако, есть и мутации, которые могут иметь полезное значение и даже способствовать эволюции организма, например, мутация, обеспечивающая сопротивление к определенному заболеванию.

2. Генетические мутации могут быть наследственными

Некоторые генетические мутации являются наследственными, т.е. передаются от родителей к потомству. Это может приводить к наследственным заболеваниям, таким как синдром Дауна или наследственный рак. Научные исследования могут помочь выявить такие мутации и профилактические меры могут предотвратить наследственное заболевание у потомства.

3. Генетические мутации могут привести к различным заболеваниям

Генетические мутации могут привести к различным заболеваниям, таким как заболевания сердца, онкологические заболевания, нейро-мышечные заболевания и другие. Идентификация таких мутаций может помочь в диагностике и лечении заболеваний.

4. Генетические мутации могут повлиять на ответ на лекарственную терапию

Некоторые генетические мутации могут повлиять на ответ организма на лекарственную терапию. Это может быть связано с различиями в обработке лекарств, скорости метаболизма лекарств и другими факторами. Идентификация таких мутаций может помочь в индивидуальном подборе лекарственных препаратов и улучшении результатов лечения.

Итого: генетические мутации могут иметь различные последствия, от вредных до полезных. Они могут быть наследственными и приводить к различным заболеваниям. Идентификация генетических мутаций может помочь в диагностике, лечении и профилактике заболеваний, а также в индивидуальном подборе лекарственных препаратов.