Spontánní mutace Četnost: 10^-5 – 10^-10 Příčiny: • faktory vnějšího prostředí • vnitrobuněčné mechanismy Typy mutací a jejich odhadované frekvence Přirozené zdroje ionizujícího záření záření hornin Přirozené zdroje ionizujícího záření Spontánní mutace – ionizující záření • ionizující záření – roční dávka asi 0,0012 – 0, 0023 Gy/rok • člověk – asi 10 % spontánních mutací/život • sekvoje – celková dávka záření až 2,5 Gy/1000 let Spontánní mutace – vnitrobuněčné procesy (endogenní mutace) ^ Příčiny: • Chyby při replikaci DNA • Tautomerní přesmyky, kolísavé párování bazí • Deaminace bazí • Spontánní poškození DNA (ztráty bazí, metabolismus kyslíku) • Inkorporace uracilu do DNA během replikace • Chyby při reparaci DNA • Chyby při rekombinaci DNA (nerovnoměrný crossingover) • Inzerce mobilních elementů • Chyby při meióze, mitóze Spontánní mutace jako důsledek chyb při replikaci • průběhu lidského života dojde průměrně k 10^17 dělení buněk • 10^14 – počet buněk v období dospělosti • každý cyklus DNA replikace vyžaduje inkorporaci 6 x 10^9 nových nukleotidů • chyby při replikaci se vyskytují s frekvencí • 10^-9 až 10^-11/inkorporovaný nukleotid • v průměru každý gen (1, 5 kb) může být cílem pro 10^8 až 10^10 mutací Spontánní mutace – chyby při replikaci chybné zařazení báze, dislokační mutace „Proofreading“ Mutatorové mutace u baktérií Tautomerní přesmyky Spontánní mutace – tautomerní přesmyky změna párování bazí Změna párů bazí v důsledku tautomerního přesmyku Spontánní mutace - důsledek ztráty bazí - vznik AP míst Spontánní mutace – důsledky deaminace změna párování bazí Spontánní mutace – působení volných kyslíkových radikálů (OFR) 8-oxodeoxyguanozin Spontánní mutace – reparační chyby • Error-free reparace (bezchybná reparace) • Error-prone reparace (nepřesná reparace) • SOS reparace Spontánní mutace – rekombinační chyby Vznikají mutace nezávisle na vnějším prostředí ??? Otázka, zda nové dědičné vlastnosti organismů vznikají spontánně a nezávisle na působení vnějších podmínek a vhodně pozměnění jedinci jsou pouze selektováni, anebo zda je vznik těchto vlastností působením vnějšího prostředí indukován, patří k nejzávažnějším otázkám biologie 1937 – 1950: syntetická teorie evoluce – předpoklad náhodného vzniku mutací Praktické ověření: Luria a Delbruck (1943) a) fluktuační test Lederberg a Lederberg (1952) b) razítkovací metoda Fluktuační test Rezistence baktérií E.coli vůči fágu T1 Mutační hypotéza – každá buňka může s určitou malou pravděpodobností získat během jednoho buněčného cyklu rezistenci fůči fágu, a to nezávisle na jeho přítomnosti • Množství rezistentů v kultuře po selekci je závislé nejen na počtu baktérií a pravděpodobnosti vzniku mutace za generační dobu, ale i na počtu dělení, která proběhla během kultivace až do aplikace selekčního tlaku • Adaptační hypotéza – každá buňka může s určitou malou konstantní pravděpodobností získat rezistenci jako odpověď na vystavení účinku fágu. Počet rezistentů je v tomto případě závislé na počtu baktérií a pravděpodobnosti vzniku mutace v důsledku působení bakteriofága • Fluktuační test – vychází z použití velkého počtu malých vzorků kultury • u MH – lze očekávat velké fluktuace v počtu rezistentů ve vzorcích (záleží na tom, kdy před přidáním fága došlo k mutaci) • u AH – malé fluktuace v počtu rezistentů ve vzorcích – poissonovská distribuce Fluktuační test Razítkovací metoda Higher mutation rates in males are likely to be related to the greater number of germ cell division