Sự phát triển và chức năng của một sinh vật phần lớn do gen điều khiển. Các đột biến gen có thể dẫn đến những thay đổi trong cấu trúc của một protein được mã hóa, làm giảm hoặc mất hoàn toàn sự biểu hiện của nó. Bởi vì sự thay đổi trong trình tự DNA ảnh hưởng đến tất cả các bản sao của protein được mã hóa, các đột biến có thể gây tổn hại đặc biệt cho tế bào hoặc sinh vật.
Các nhà di truyền học thường phân biệt giữa kiểu gen và kiểu hình của một sinh vật. Nói một cách chính xác, toàn bộ tập hợp các gen trong một cá nhân là kiểu gen của nó, trong khi chức năng và ngoại hình của một cá thể được gọi là kiểu hình của nó. Tuy nhiên, hai thuật ngữ thường được sử dụng theo nghĩa hạn chế hơn: Kiểu gen thường biểu thị liệu một cá nhân có mang đột biến trong một gen đơn lẻ [hoặc một số lượng nhỏ gen] hay không và kiểu hình sẽ biểu thị các hậu quả về mặt vật lý và chức năng do đột biến gen đó gây ra.
Sự khác biệt cơ bản về di truyền giữa các sinh vật là liệu tế bào của chúng mang một bộ nhiễm sắc thể đơn hay hai bản sao của mỗi nhiễm sắc thể. Trước đây, đó được gọi là đơn bội và lưỡng bội. Nhiều sinh vật đơn bào có nhiễm sắc thể là đơn bội, trong khi các sinh vật đa bào phức tạp như ruồi giấm, chuột, người mang bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội.
Các dạng khác nhau của một gen được gọi là các alen. Vì sinh vật lưỡng bội mang hai bản sao của mỗi gen, chúng có thể mang các alen giống hệt nhau, nghĩa là đồng hợp tử về một gen hoặc mang các alen khác nhau, tức là dị hợp tử về một gen.
Đột biến gen lặn là một tình trạng trong đó cả hai alen phải đột biến để tạo ra kiểu hình đột biến được quan sát; tức là cá thể đó phải đồng hợp tử về alen đột biến thì mới biểu hiện ra kiểu hình đột biến. Ngược lại, hậu quả kiểu hình của một đột biến trội được quan sát thấy ở cá thể dị hợp mang một đột biến và một alen bình thường.
Đột biến lặn làm bất hoạt gen bị ảnh hưởng và dẫn đến mất chức năng. Ví dụ, đột biến lặn có thể loại bỏ một phần hoặc toàn bộ gen khỏi nhiễm sắc thể, làm gián đoạn sự biểu hiện của gen hoặc thay đổi cấu trúc của protein được mã hóa, do đó làm thay đổi chức năng của nó.
Ngược lại, đột biến trội thường dẫn đến hiện tượng tăng chức năng.Ví dụ, các đột biến trội có thể làm tăng hoạt động của một sản phẩm do gen đó tạo ra. Tuy nhiên, đột biến trội cũng có thể liên quan đến mất chức năng. Bởi trong một số trường hợp, cần có hai bản sao của gen để thực hiện chức năng bình thường, do đó, việc loại bỏ một bản sao cũng sẽ dẫn đến kiểu hình đột biến. Những gen như vậy được gọi là không đủ haplo.
Trong các trường hợp khác, đột biến ở một alen có thể dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của protein, gây cản trở chức năng của protein được mã hóa bởi alen kia. Chúng được gọi là đột biến âm tính trội.
Đột biến gen có các dạng đột biến gen trội và đột biến gen lặn
Một đột biến liên quan đến một sự thay đổi trong một đơn cặp base, thường được gọi là đột biến điểm hoặc việc xóa một vài cặp base thường ảnh hưởng đến chức năng của một đơn gen. Những thay đổi trong một cặp bazơ duy nhất có thể tạo ra một trong ba dạng đột biến:
- Đột biến lệch: Dẫn đến một protein, trong đó, một axit amin được thay thế cho một axit amin khác.
- Đột biến vô nghĩa: Trong đó, codon dừng thay thế codon axit amin, dẫn đến kết thúc sớm quá trình dịch mã.
- Đột biến lệch khung: Gây ra sự thay đổi trong khung đọc, dẫn đến việc đưa các axit amin không liên quan vào protein, thường theo sau là codon dừng.
Sự mất đoạn nhỏ có tác động tương tự như đột biến dịch chuyển khung, mặc dù một phần ba trong số này sẽ nằm trong khung và dẫn đến loại bỏ một số lượng nhỏ các axit amin liền kề.
Loại đột biến chính thứ hai liên quan đến những thay đổi quy mô lớn trong cấu trúc nhiễm sắc thể và có thể ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều gen, dẫn đến hậu quả lớn về kiểu hình. Những đột biến nhiễm sắc thể như vậy có thể liên quan đến việc xóa hoặc chèn một số gen liền kề, đảo đoạn gen trên nhiễm sắc thể hoặc trao đổi các đoạn DNA lớn giữa các nhiễm sắc thể không tương đồng.
Các đột biến phát sinh một cách tự phát ở tần số thấp do sự không ổn định về mặt hóa học của các base purine, pyrimidine và do các lỗi trong quá trình sao chép DNA. Sự tiếp xúc tự nhiên của một sinh vật với các yếu tố môi trường nhất định, chẳng hạn như ánh sáng cực tím và chất gây ung thư hóa học [ví dụ nh aflatoxin B1], cũng có thể gây ra đột biến.
Một nguyên nhân phổ biến của đột biến điểm tự phát là sự khử amin của cytosine để uracil trong DNA xoắn kép. Sự sao chép tiếp theo dẫn đến một tế bào con đột biến, trong đó, một cặp cơ sở T-A thay thế cặp cơ sở C-G kiểu bình thường.
Một nguyên nhân khác của đột biến tự phát là lỗi trong quá trình sao chép DNA. Mặc dù việc nhân bản thường được thực hiện với độ chính xác cao nhưng đôi khi vẫn xảy ra lỗi.
Để tăng tần suất đột biến ở các sinh vật thí nghiệm, các nhà nghiên cứu thường xử lý chúng với liều lượng cao chất gây đột biến hóa học hoặc cho chúng tiếp xúc với bức xạ ion hóa. Các đột biến phát sinh để thử nghiệm các phương pháp điều trị như vậy được gọi là đột biến cảm ứng.
Nói chung, đột biến hóa học gây ra đột biến điểm, trong khi bức xạ ion hóa làm phát sinh các bất thường lớn về nhiễm sắc thể.
Nguyên nhân khác của đột biến gen tự phát là lỗi trong quá trình sao chép DNA
Nhiều bệnh nghiêm trọng của con người thường là do đột biến trong các gen đơn lẻ. Các bệnh di truyền phát sinh do đột biến tự phát trong tế bào mầm [trứng và tinh trùng] được truyền sang các thế hệ sau.
Ví dụ, bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm, ảnh hưởng đến 1/500 người gốc Phi, là do một đột biến sai lệch duy nhất tại codon 6 của gen β-globin. Kết quả của đột biến này là glutamic axit ở vị trí 6 trong protein bình thường được thay đổi thành một valin trong protein đột biến. Sự thay đổi này có ảnh hưởng sâu sắc đến hemoglobin, protein vận chuyển oxy của hồng cầu, bao gồm hai α-globin và hai tiểu đơn vị β-goblin.
Dạng khử oxy của protein đột biến không hòa tan trong hồng cầu và tạo thành các mảng kết tinh. Hồng cầu của những người bị căn bệnh này trở nên cứng và quá trình vận chuyển của chúng qua các mao mạch bị chặn lại, gây đau dữ dội và tổn thương mô.
Do hồng cầu của các cá thể đột biến này có khả năng kháng lại ký sinh trùng gây bệnh sốt rét đặc hữu ở châu Phi nên alen đột biến đã được duy trì. Không phải là những người gốc Phi có nhiều khả năng mắc phải đột biến gây ra bệnh hồng cầu hình liềm hơn những người khác mà là đột biến đã được duy trì trong quần thể này bằng cách giao phối tự nhiên.
Đột biến tự phát trong tế bào soma [tế bào cơ thể không phải là tế bào mầm] cũng là một cơ chế quan trọng trong một số bệnh ở người, bao gồm cả u nguyên bào võng mạc ở trẻ em. Dạng di truyền của u nguyên bào võng mạc là kết quả của đột biến dòng mầm ở một alen Rb và đột biến xôma thứ hai xảy ra ở alen Rb khác. Khi một tế bào võng mạc dị hợp tử Rb trải qua đột biến xôma, nó không còn alen bình thường; kết quả là tế bào tăng sinh một cách mất kiểm soát, làm phát sinh khối u võng mạc.
Dạng thứ hai của bệnh này, được gọi là u nguyên bào võng mạc lẻ tẻ, là kết quả của hai đột biến độc lập phá vỡ cả hai alen Rb. Vì chỉ cần một đột biến soma để phát triển khối u ở trẻ em mắc bệnh u nguyên bào võng mạc di truyền nên nó xảy ra với tần suất cao hơn nhiều so với dạng lẻ tẻ, đòi hỏi phải có hai đột biến soma độc lập xảy ra. Protein Rb đã được chứng minh là đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự phân chia tế bào.
Tóm lại, đột biến là những thay đổi trong trình tự DNA dẫn đến thay đổi cấu trúc của gen. Cả sự thay đổi DNA nhỏ và lớn đều có thể xảy ra một cách tự phát. Điều trị bằng bức xạ ion hóa hoặc các tác nhân hóa học khác nhau làm tăng tần suất đột biến. Đột biến lặn dẫn đến mất chức năng, sẽ bị che lấp nếu có bản sao bình thường của gen này. Để kiểu hình đột biến xảy ra thì cả hai alen phải mang đột biến lặn. Các đột biến trội dẫn đến một kiểu hình đột biến với sự có mặt của một bản sao bình thường của gen. Các kiểu hình liên quan đến đột biến trội có thể biểu hiện mất hoặc tăng chức năng.
Hãy theo dõi trang web: Vinmec.com thường xuyên để cập nhật nhiều thông tin bổ ích khác.
Để đặt lịch khám tại viện, Quý khách vui lòng bấm số HOTLINE hoặc đặt lịch trực tiếp TẠI ĐÂY. Tải và đặt lịch khám tự động trên ứng dụng MyVinmec để được giảm ngay 20% phí khám bệnh lần đầu trên toàn hệ thống Vinmec [áp dụng từ 1/8 - 30/9/2022]. Quý khách cũng có thể quản lý, theo dõi lịch và đặt hẹn tư vấn từ xa qua video với các bác sĩ Vinmec mọi lúc mọi nơi ngay trên ứng dụng.
Nguồn tham khảo: ncbi.nlm.nih.gov
XEM THÊM:
Cơ thể sống được cấu tạo bởi những vật chất di truyền hay còn gọi là gen. Tuy nhiên, trải qua quá trình sao chép, nhân bản, do ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác động mà gen bị thay đổi. Vậy nguyên nhân gây đột biến gen là gì? Đột biến gen có ý nghĩa sinh học như thế nào và có gây nguy hiểm không? Tham khảo bài viết của chúng tôi để hiểu rõ hơn vấn đề này nhé.
Nguyên nhân gây đột biến gen
Sự thay đổi về trình tự các cặp nucleotit trên phân tử ADN gây ra hiện tượng đột biến gen ở người. Tại sao lại có sự thay đổi này?
Khi ADN thực hiện quá trình nhân đôi đã xảy ra sai sót: mất, thêm hoặc thay thế một cặp nucleotit.
Gen biến đổi do các Nucleotit thay đổi
- Do sự biến đổi về môi trường làm cơ thể sống thay đổi.
- Do con người gây ra một số thay đổi về gen để tạo nên những sinh vật tốt hơn hay còn gọi là chọn lọc nhân tạo.
- Sự bắt cặp sai lệch trong quá trình nhân đôi ADN khiến các cặp Nucleotit không tuân theo nguyên tắc bổ sung. Những tác nhân từ môi trường gây ảnh hưởng trực tiếp đến các mạch khuôn, khi sao chép mạch, liên kết Hidro thay đổi, đứt gãy làm cho các Nucleotit bắt cặp lệch làm gen bị biến đổi.
Bài viết liên quan: Nguyên nhân gây dị tật thai nhi và cách ngăn ngừa hiệu quả
Các căn bệnh gây lên bởi đột biến gen ở người
Đột biến gen sẽ tạo ra gen lặn vừa có hại, có lợi hay không làm ảnh hưởng gì đến cơ thể. Trong điều kiện thích hợp, các gen lặn được biểu hiện ra kiểu hình của sinh vật
Đột biến gen nguy hiểm
Sau khi biết được nguyên nhân gây đột biến gen, bạn cần biết đột biến gen rất nguy hiểm. Nhiều trường hợp gen biến dị gây tạo ra các bệnh nguy hiểm phổ biến gây hại trực tiếp đến sức khỏe và tính mạng của con người.
Bệnh bạch tạng
Căn bệnh bẩm sinh này do thiếu sắc tố Melanin trên da, tóc và mắt khiến cơ thể trở nên nhợt nhạt nên con người dễ dàng mắc các căn bệnh về da như ung thư, bỏng da, các căn bệnh về thị giác như thị lực kém, rối loạn mắt.
Bệnh bạch tạng do gen bị biến đổi gây ra
Nguyên nhân của căn bệnh này do gen lặn của con người di truyền khiến việc sản xuất Melanin bị giảm, không thể ngăn cản sự xâm hại của tia cực tím.
Căn bệnh di truyền bẩm sinh này xảy ra nếu bố hoặc mẹ có gen lặn của bệnh bạch tạng sẽ có khả năng biểu hiện ra tính trạng của con cái.
Bệnh Ectrodactyly
Biểu hiện ra kiểu hình là tay người có hình dạng như chiếc càng tôm khiến khả năng cầm nắm, thành thạo của con người bị mất đi. Các ngón tay bị dính vào hay tách ra làm đôi như chiếc càng cua. Hiện tượng này được lý giải do gen lặn di truyền từ thế hệ này qua thế hệ khác. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện đại, các nhà sinh học chưa có báo cáo cho việc nghiên cứu về bệnh án chuyên sâu gây nên căn bệnh này.
Hội chứng Progeria Hutchinson
Bệnh lão hóa sớm ở trẻ
Căn bệnh này được gọi với tên thông thường là chứng lão hóa sớm ở con người. Con người sẽ trở nên yếu hơn khi lão hòa về già, thế nhưng việc lão hóa sớm sẽ nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, khiến những người đó chỉ sống đến 28 tuổi. Tuy nhiên, bệnh này có xác suất mắc rất thấp, tỷ lệ ⅛ triệu người.
Xem thêm: Bệnh Thalassemia là gì? Nên phát hiện sớm và các phương pháp điều trị
Hội chứng nàng tiên cá
Tên khoa học của căn bệnh này là Sirenomelia khiến cho 2 chi dưới của con người gắn liền với nhau trong tử cung. Theo đó cũng kéo theo hàng loạt những căn bệnh dị thường ở đường tiêu hóa, cột sống, đường tiết niệu , kém phát triển 2 thận.
Trẻ sơ sinh sinh ra có thể thiếu 1 bàn chân hay không có bàn chân giống như đuôi cá. Bệnh nhân thường bị thiếu xương cụt, thiếu hậu môn và các căn bệnh về tim. Với những người bị mắc căn bệnh này thường không có khả năng sống sót, sẽ chết từ 1-2 ngày sau đó. Tuy nhiên, theo hồ sơ bệnh án cho thấy có một số trẻ em có thể sống đến 10 tuổi.
Ung thư
Ngày nay càng ngày càng có nhiều nghiên cứu cho thấy ung thư vú có liên quan trực tiếp đến biến đổi gen. Những người mắc gen dị tật này thường mắc bệnh ung thư sớm hơn những người bình thường.
Đột biến gen có lợi
Một trong những biểu hiện có lợi do đột biến gen gây ra là khả năng sinh đôi qua nhiều thế hệ. Trường hợp sinh đôi vẫn có thể xảy ra ở người thường nhưng xác suất không lớn. Do đột biến gen nên trong kỳ kinh nguyệt người phụ nữ rụng nhiều trứng một lúc. Và kiểu biến dị gen di truyền từ thế hệ này qua thế hệ khác khiến con cháu qua nhiều đời vẫn có thể sinh đôi.
Một trường hợp đột biến gen nữa được thống kê tại Trung Quốc là giúp họ có khả năng sử dụng sữa trực tiếp mà không qua tiệt trùng. Tất nhiên, điều này cực kỳ có lợi cho những người sống ở thảo nguyên từ nghìn năm trước.
Trên đây, chúng tôi đã giúp bạn hiểu rõ hơn về nguyên nhân gây đột biến gen và các căn bệnh mà gen đột biến gây ra. Hiểu được nguyên nhân đột biến sẽ giúp bạn tránh được tối đa các trường hợp gen đột biến.