Общ

Унищожаването и реалността на генетичните мутации


По-рано тази година филмът Унищожаване излезе относително под радара, но като цяло се харесва на тези, които го видяха.

Това е оригинален и изненадващо добър научно-фантастичен филм, базиран на едноименен роман, където група военни учени навлизат в карантинната зона по крайбрежието на Персийския залив, където присъствието на извънземен метеорит е създало земя на мутирали същества и животни .

Това е визуално зашеметяващо и безупречно действащо, но за съжаление науката може да стане категорично ръчна.

Най-добре е да се даде неясно обяснение защо биологията няма смисъл (извънземният „блясък“ действа като леща, пречупвайки всичко вътре в себе си, включително гените), но тези обяснения откровено отпадат.

Заблудите:

Основното нещо Унищожаване (и много други филми) се обърква по отношение на генетичните мутации са техните ефекти.

ДНК е градивният елемент на живота и да, еднобазовата мутация може да има голям ефект, но в много случаи еволюционната или дори някаква забележима промяна се основава на натрупването на много мутации с малки ефекти.

Нещо повече, повечето мутации всъщност са напълно неутрални, в зависимост от контекста или местоположението им.

Това е така, защото в нашата ДНК има много излишни региони и некодиращо пространство, така че само относително малък брой бази всъщност биха имали ефект, ако мутират.

От тези, които го правят, повечето не неутрални мутации са вредни (т.е. се отстранява цял нуклеотид), тъй като те могат да повлияят на начина, по който целият ген след тази база се чете и превежда.

Като цяло, колкото повече базови двойки са засегнати от мутация, толкова по-голям е ефектът от мутацията и толкова по-голяма е вероятността мутацията да бъде забележима.

За да се разбере по-добре въздействието на мутациите, изследователите са започнали да правят оценки разпределения на мутационни ефекти (DME), които количествено определят колко мутации възникват с какъв ефект върху дадено свойство на биологичната система.

В еволюционните изследвания интересното свойство е пригодността, но в биологията на молекулярните системи други интересни свойства също могат да представляват интерес.

Изключително трудно е да се получи надеждна информация за DME, тъй като съответните ефекти обхващат много порядъци, от летален до неутрален до изгоден; освен това много объркващи фактори обикновено усложняват тези анализи.

За да направят нещата още по-трудни, много мутации също взаимодействат помежду си, за да променят своите ефекти; това явление се нарича епистаза.

Въпреки всички тези несигурности, неотдавнашната работа многократно показва, че преобладаващото мнозинство от мутациите имат много малки ефекти.

Разбира се, необходима е много повече работа, за да се получи по-подробна информация за DME, които са основно свойство, което управлява еволюцията на всяка биологична система.

Какво всъщност представляват генетичните мутации?

На най-основното ниво мутациите са просто промени в генетичната последователност и те са основната причина за разнообразие сред организмите. Тези промени могат да възникнат на много различни нива и могат да имат значително различни последици.

В биологичните системи, които са способни на размножаване, първо трябва да се съсредоточим върху това дали те са наследствени; по-специално, някои мутации засягат само индивида, който ги носи, докато други засягат цялото потомство на носещия организъм и по-нататъшните потомци.

За да повлияят мутациите на потомците на организма, те трябва: 1) да се появят в клетки, които произвеждат следващото поколение, и 2) да повлияят на наследствения материал. В крайна сметка взаимодействието между наследените мутации и натиска върху околната среда генерира разнообразие между видовете.

Въпреки че съществуват различни видове молекулярни промени, думата "мутация" обикновено се отнася до промяна, която засяга нуклеиновите киселини. В клетъчните организми тези нуклеинови киселини са градивните елементи на ДНК, а във вирусите те са градивните елементи на ДНК или РНК.

Един от начините да мислим за ДНК и РНК е, че те са вещества, които носят дългосрочната памет на информацията, необходима за размножаването на организма. Тази статия се фокусира върху мутациите в ДНК, въпреки че трябва да имаме предвид, че РНК е подложена на по същество същите мутационни сили.

Ако се появят мутации в клетки, които не са зародишни, тогава тези промени могат да бъдат категоризирани като соматични мутации. Думата соматик идва от гръцката думасома което означава "тяло", а соматичните мутации засягат само тялото на настоящия организъм.

От еволюционна гледна точка соматичните мутации са безинтересни, освен ако не се появяват систематично и не променят някои основни свойства на индивида - например способността за оцеляване.

Например, ракът е мощна соматична мутация, която ще повлияе на оцеляването на един организъм. Като различен фокус, еволюционната теория се интересува най-вече от промените в ДНК в клетките, които произвеждат следващото поколение.

Случайност

В Унищожаване, докато мутациите, които преживяват героите и околната среда, са определено по-интересни визуално, отколкото биха били истинските мутации, има поне малко усилия да се изобрази мутации като случайни, което е отличителен белег на теорията за мутациите.

Твърдението, че мутациите са случайни, е едновременно дълбоко вярно и дълбоко невярно.

Истинският аспект на това твърдение произтича от факта, че доколкото ни е известно, последиците от мутация нямат никакво влияние върху вероятността тази мутация да настъпи или не.

С други думи, мутациите се появяват произволно по отношение на това дали техните ефекти са полезни. По този начин полезните ДНК промени не се случват по-често, просто защото един организъм може да се възползва от тях.

Нещо повече, дори ако един организъм е придобил полезна мутация по време на живота си, съответната информация няма да тече обратно в ДНК в зародишната линия на организма. Това е фундаментално прозрение, че Жан-Батист Ламарк е сгрешил, а Чарлз Дарвин е сгрешил.

Идеята обаче, че мутациите са случайни, може да се счита за невярна, ако се вземе предвид фактът, че не всички видове мутации възникват с еднаква вероятност.

По-скоро някои се появяват по-често от други, защото са благоприятни от биохимични реакции на ниско ниво. Тези реакции са и основната причина, поради която мутациите са неизбежно свойство на всяка система, способна да се възпроизвежда в реалния свят.

Степента на мутация обикновено е много ниска и биологичните системи стигат до изключителни размери, за да ги поддържат възможно най-ниски, най-вече защото много мутационни ефекти са вредни.

Независимо от това, нивата на мутация никога не достигат нула, дори въпреки защитните механизми на ниско ниво, като възстановяване или корекция на ДНК по време на репликация на ДНК, и механизми на високо ниво, като отлагане на меланин в кожните клетки, за да се намали радиационното увреждане.

Отвъд определен момент избягването на мутация просто става твърде скъпо за клетките. По този начин мутацията винаги ще присъства като мощна сила в еволюцията.

Какво може да донесе бъдещето

Докато мутациите често могат да бъдат вредни за живите организми, те са изключително полезни в лаборатория.

Например, използвайки техника, известна като хомоложна рекомбинация, учените систематично нокаутират всеки ген в целия геном на дрождите, създавайки библиотека за делеция на дрожди от ~ 5000 мутанта за делеция на един ген.

Оттогава насам стават достъпни много повече библиотечни колекции. Някои от тях добавят епитоп-тагове към гостоприемни гени, докато други се произвеждат в други организми.

С помощта на високо прецизна роботика, наличието на библиотеки за изтриване позволи на учените да извършват скринингови тестове с висока производителност за изследване на лекарствени цели, да идентифицират генетични взаимодействия на ниво геном и да изучават сложността на генетичните мрежи.

Има десетки подобни анализи и процедури, които се използват в научните лаборатории всеки ден за разработване на лекарства, лечение на болести и за по-нататъшното ни разбиране за науката като цяло.

И през цялото време се разработват повече приложения за генетични мутации. Кой знае какви аванси ще донесе бъдещето.


Гледай видеото: EBE OLie 29b2020-3-25 VATICAN,CERN, GAMMA, SHIPS,CLOUDS- iVANA, iLONA PODHRAZSKA (Юли 2021).