Физические мутагены
Впервые принципиальную возможность искусственного вызывания мутаций доказал в 1927 г. американский исследователь Герман Джозеф Мёллер (1890—1967), который воздействовал рентгеновскими лучами на дрозофил.
В настоящее время чётко установлено, что все виды ионизирующего облучения являются сильными физическими мутагенами. В лабораторных условиях используются почти исключительно рентгеновские и гамма-лучи. Они лучше, чем потоки заряженных частиц проникают вглубь организма.
К физическим мутагенам также относятся ультрафиолетовое облучение и повышенная температура.
Механизм мутагенного действия облучения состоит в следующем. Проходя через цитоплазму или кариоплазму, лучи на своём пути вырывают электроны внешней оболочки атомов и превращают их в положительно заряженные ионы.
Высвободившиеся электроны присоединяются к другим атомам, придавая им отрицательный заряд. В результате в клетке и ядре образуется огромное количество высокоактивных химических радикалов.
Если они взаимодействуют со структурными белками или ферментами, вызывая изменения их структуры, это на некоторое время приводит к нарушениям функционирования клетки. Если же они взаимодействуют с ДНК, наступают необратимые изменения — мутации.
Мутации могут быть связаны как с нарушениями структуры одного нуклеотида, так и сразу множества соседних нуклеотидов. В результате в первом случае при репликации могут возникать генные (точковые) мутации, а во втором — перестройки хромосом.
Воздействие ионизирующего облучения чаще всего приводит именно ко второму типу мутаций.
Очень часто действие ионизирующего излучения, особенно заряженных частиц, сравнивают с попаданиями в мишень, которой в данном случае является генетический аппарат клетки. Как не всякая пуля находит свою цель, так и не всякая заряженная частица попадает в ядро.
Если это так, то можно предположить, что мутагенный эффект облучения гораздо выше в делящихся тканях, клетки которых имеют относительно более крупные ядра по сравнению с неделящимися клетками. Кроме того, мутагенный эффект излучения больше проявляется при облучении мужских гамет, чем женских.
Мутагенный эффект излучения в делящихся клетках выше ещё и потому, что генные мутации чаще всего возникают в процессе репликации ДНК. Тогда как в стабильных неделящихся клетках многие нарушения структуры нуклеотида (метилирование, аминирование, фосфорилирование азотистых оснований) — это ещё не собственно мутация, а скорее предрасположенность к мутации.
Такие изменения структуры нуклеотида резко повышают вероятность неправильной репликации и только нарушения синтеза ДНК приводят к мутации. Не случайно у человека радиация прежде всего поражает клетки эпителиальной ткани (в том числе сперматозоиды, которые постоянно образуются в организме) и некоторые виды соединительной ткани, прежде всего костный мозг, в котором постоянно путём деления клеток предшественников образуются форменные элементы крови.
Одним из самых опасных последствий облучения костного мозга является такое заболевание, как лейкоз — злокачественное перерождение кроветворной системы. Очень подвержены действию ионизирующего облучения человеческие эмбрионы.
