ТИП МУТАЦИОННОГО СОБЫТИЯ: СДВИГ РАМКИ СЧИТЫВАНИЯ
Мутации, которые приводят к выпадению или вставке одного и
более нуклеотидов, вызывают так называемый сдвиг рамки считывания. В среднем они более вредоносны, чем мутации замены нуклеотида. Примеры подобных трансформаций: Мама мыла раму => Ммамылар аму — выпадение нуклеотида; Мама мыла раму => Мама мыла драму — вставка основания. Сдвигом рамки этот тип мутаций называется потому, что в результате выпадения (или случайного добавления) одного нуклеотида изменяется считывание (трансляция) кодонов в молекуле мРНК и, начиная с точки, соответствующей положению мутации, синтезируется искаженная последовательность
аминокислот. Например, если в результате мутации теряется второй
нуклеотид в последовательности ТАС-ААС-САТ, то эта цепочка считывается как ТСА-АСС-АТ. В результате произведенный белок будет
содержать не метионин (ТАС) и лейцин (ААС), а серии (ТСА) и триптофан (АСС), что приведет к нарушениям последующих биохимических процессов.
Часто мутации оказываются гораздо сложнее описанных выше. Один
и тот же ген может мутировать в нескольких местах. Например, известно более 60 разных мутаций одного гена ФКУ, каждая из которых приводит к развитию фенилкетонурии (гл. II), причем некоторые из этих мутаций соответствуют разным степеням тяжести заболевания. Мутации, происходящие в экзонах (кодирующих участках гена), как правило, вредоносны. К счастью, большинство мутаций в организме происходит в интронах (некодирующих участках гена). Эти мутации не транскрибируются мРНК и, следовательно, фенотипически не проявляются.
Замечательная особенность мутаций состоит в том, что их действие может быть различным в разных организмах и фенотипические
проявления одной и той же мутации у разных особей могут быть очень
разнообразными. Так, обладание мутантным аллелем у одной особи может фенотипически проявиться в форме тяжелого заболевания, а у
другой — в форме легкой симптоматики или даже полного ее отсутствия. Два ключевых понятия, описывающих изменчивость проявления одной и той же мутации в популяции как совокупности организмов (подробнее о генетике популяций в гл. V), — упоминавшиеся понятия пенетрантности и экспрессивности.
Пенетрантностью называется частота проявления аллеля определенного гена у особей данной популяции. Различают пенетрантность полную (аллель проявляется у всех особей) и неполную (аллель не проявляется у части особей). Количественно ее выражают в процентах особей, у которых данный аллель фенотипически проявляется (100% — полная пенетрантность).
Приведем пример. Известно, что не все носители мутации гена ФКУ страдают фенилкетонурией. Пенетрантность мутантного аллеля ФКУ высока и составляет примерно 99%. Это означает, что среди каждых 100 носителей аллеля-мутанта в среднем будет один носитель, не имеющий фенотипических признаков заболевания — среди 100 мутировавших генов один ген-мутант не проявится, т.е. не вызовет развитие заболевания. Экспрессивностью называется степень фенотипической выраженности одного и того же аллеля определенного гена у разных особей.
Если фенотипический признак, контролируемый данным аллелем, в
популяции не варьирует, то говорят о постоянной экспрессивности,
в противоположном случае — об изменчивой (вариабельной) экспрессивности.
Различия экспрессивности означают, во-первых, разную степень
пораженности носителей мутации (например, больные ФКУ — носители одной и той же мутации — могут страдать умственной отсталостью разной степени), а во-вторых, разные формы фенотипического
проявления одной и той же мутации (например, предполагается, что
один и тот же ген-мутант вызывает один тип психического расстройства — синдром Туретта — у мужчин и другой тип — синдром навязчивых идей — у женщин).
Новые мутации — важнейший источник генетической изменчивости, являющейся основой биологической эволюции. Частота мутирования отдельного гена чрезвычайно мала, но генов в организме
много, а каждый биологический вид представлен множеством особей.
Так что, когда организм или биологический вид рассматривается как
целое, мутация выглядит не как редкое, а как вполне регулярное со-
бытие. Предположим, что геном человека насчитывает 100 000 пар
генов, а средняя частота мутации на один ген составляет 10-5. Тогда
среднее число мутаций в одном поколении составит (2·10 в 5 степени генов) хх (10-5 мутаций на ген) = 2 мутации на зиготу человека. На Земле живет около 4·10 в 9 степени людей. Если у каждого человека возникает по 2 мутации, то общее число новых мутаций у ныне живущего населения земного шара составляет 8·10 в 9 степени.
