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Porcentagem de mutações causadas por radiação?


Considere um gameta em um ser humano típico. Para sermos específicos, digamos que estamos falando de um óvulo típico de uma mulher típica de classe média que vive em um país desenvolvido. Que porcentagem, em média, das mutações no genoma desse óvulo terá sido causada pela radiação eletromagnética?


Você pode usar a frequência dos dímeros de timina-timina para extrapolar a taxa de dano induzido por UV. Isso foi estudado, mas não consegui encontrar um papel em linhas de células humanas. Parece que diferentes linhas de células têm diferentes suscetibilidades aos dímeros de timina-timina. A maioria das mutações de DNA em pessoas saudáveis ​​vem de fontes endógenas, não de radiação. A recombinação durante a fertilização também pode contribuir significativamente para mudanças na sequência do DNA. A Wikipedia decompõe bem algumas das diferentes fontes de mutação.

As manifestações de mutações de fontes endógenas são mensuráveis ​​à medida que nossos corpos se tornam geneticamente mais quiméricos com o tempo. Regiões de nossos corpos tornam-se deferencialmente suscetíveis a doenças devido, em grande parte, a erros no reparo e replicação do DNA, não relacionados ao insulto eletromagnético.

Danos devido à radiação UV, como a criação de um dímero de timina-timina, podem ser reparados prontamente por excisão e substituição de base. Enquanto o DNA está se dividindo, ele é cortado várias vezes para permitir que a molécula se desenrole. Quebras de fita simples resultantes de danos ao DNA têm mecanismos robustos de reparo. Por exemplo, quando um dímero de timina-timina é excisado ou a quebra de fita simples é introduzida de outra forma, o reconhecimento enzimático torna possível a identificação de um molde para reparo. Também é muito improvável que em uma única quebra de fita ocorra outra quebra no mesmo local, diminuindo o efeito de mutação do UV.

Quebras de fita dupla e erros na replicação do DNA são intrinsecamente mais permanentes, pois uma base substituída é quimicamente indistinguível de qualquer outra do mesmo tipo. Grande parte da nova informação genética introduzida no genoma de qualquer mamífero vem de fontes endógenas, não do meio ambiente.

  1. Taxa de erro da polimerase de DNA humana
  2. A desaminação é um dos principais contribuintes para a taxa de mutação

Como a radiação UV causa mutações no DNA

Todos nós sabemos que devemos colocar protetor solar nos meses de verão para nos proteger do câncer de pele, e a conexão entre a exposição ao sol e o câncer está bem documentada (Koh et al., 1996 Armstrong e Cust, 2017). Os raios UV-A e UV-B do sol interagem com o DNA em nossa pele e podem causar mutações que podem levar ao câncer.

Entender como os raios ultravioleta causam mutações é importante para entender os mecanismos subjacentes ao câncer de pele, mas também para entender os efeitos prejudiciais que a luz ultravioleta pode ter em nossos experimentos baseados em DNA. Nas células, os mecanismos de reparo do DNA podem consertar bases danificadas por UV, mas em plasmídeos purificados não existem tais mecanismos, e os danos por UV não reparados podem ser prejudiciais para o sucesso das aplicações a jusante.

Neste artigo, descrevemos o que você precisa saber sobre a luz ultravioleta e dois mecanismos pelos quais ela pode causar mutações: mutações dimerizantes e mutações oxidativas.


Mutações causadas por quebras de fita dupla induzidas por radiação & # x3b3 em um plasmídeo de transporte replicado em linfoblastos humanos

A mutagenicidade do DNA circular aberto (contendo dano à base e quebras de fita simples) e do DNA linear (contendo dano à base, quebras de fita simples e uma quebra de fita dupla) produziu em vitro por irradiação y do vetor de transporte pZ189, foi analisado após a reparação e replicação do plasmídeo na linha de linfoblasto humano, GM606. Comparando a sobrevivência, frequência de mutação e tipos de mutações em descendentes das duas formas de DNA, os efeitos da quebra da fita dupla foram determinados. A porcentagem de plasmídeos viáveis ​​do DNA linear foi duas vezes menor do que a do DNA circular aberto, 7,8 versus 14,0 (em comparação com o DNA de controle não irradiado). A frequência de mutação em progênies do plasmídeo circular aberto foi 4 · 2 ± 1 · 7 × 10 −3, em comparação com 7 · 8 ± 0 · 1 × 10 −3 em progênies do DNA linear, novamente, quase dois diferença de dobra. Aproximadamente 59% das mutações do DNA linear foram deleções e 34% foram substituições de bases. Em contraste, apenas 13% das mutações do DNA circular aberto foram deleções, mas 87% foram substituições de bases. Todas as deleções recuperáveis ​​eram pequenas, variando de 1 a 205 pares de bases, e a maioria continha repetições diretas nas junções de exclusão, indicando recombinações não homólogas. Assim, as mutações encontradas entre os descendentes dos DNAs linear e circular aberto eram qualitativamente semelhantes, mas quantitativamente diferentes. Os dados sugerem que a produção de uma quebra de fita dupla no DNA por radiação ionizante causa um aumento de duas vezes na letalidade e na frequência de mutação.


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Em uma versão um tanto simplificada: a radiação danifica o DNA (e alguns outros componentes) das células com as quais entra em contato. Isso interfere na capacidade das células de se dividirem entre outras - um processo que é crucial para a viabilidade de um organismo - e faz com que as células se degenerem. Se a dose de radiação recebida estiver abaixo de um certo limite, entretanto, a célula pode sobreviver e, em conseqüência, replicar seu (agora defeituoso) material genético. Isso geralmente se manifesta como alguma forma de crescimento anormal (= câncer) na pessoa que recebe a radiação imediatamente. No entanto, uma vez que seu DNA (ou mais precisamente, o DNA em seu esperma / óvulo) é usado como um projeto para sua prole, esse dano é muito hereditário, assumindo que seus órgãos reprodutivos receberam uma dose suficiente de radiação. Como resultado, agora é provável que a prole nasça com (ou desenvolva) uma variedade de mutações.

Normalmente, ao longo de várias gerações, a extensão das mutações diminui, assumindo que um influxo constante de DNA saudável de indivíduos não afetados lentamente "dilui" a parcela do DNA danificado na população. Isso pressupõe a existência de indivíduos não afetados no planeta e o fim da contaminação, é claro. No entanto, se quase todos tivessem algum tipo de dano no DNA, as mutações provavelmente variariam um pouco com cada geração, devido ao fato de que a extensão e o tipo de mutações de cada indivíduo (e, portanto, sua combinação) é geralmente única e sujeito à aleatoriedade. Ou, simplesmente, você provavelmente não teria um país / planeta inteiro cheio de pessoas carecas, de olhos vermelhos ou algo parecido, mas você poderia ter um país / planeta inteiro de pessoas com uma variedade de doenças genéticas e mutações que persistem ( embora em variações) por longos períodos de tempo.

Edit: Removido o exemplo, não foi realmente útil.

As mutações podem ser adquiridas ou hereditárias. As mutações adquiridas são alterações nas células durante a vida e não são transmitidas aos descendentes.

Mutações hereditárias estão presentes nos óvulos ou espermatozóides dos pais e terminam no DNA de todas as células da criança. A mutação pode ou não ser expressa no organismo, pois o alelo mutado (pedaço de DNA) pode ser dominante ou recessivo.

Uma porcentagem muito pequena de mutações genéticas aleatórias causadas por produtos químicos ou radiação tem algum efeito significativo. São necessárias milhares de falhas para uma edição funcional no gene. Imagine abrir um arquivo de texto contendo o manual de instruções da máquina de lavar, digitar alguns caracteres aleatórios aqui e ali e obter um mistério de assassinato como resultado. Já seria bastante difícil conseguir um manual para uma máquina de lavar diferente.

Não é muito provável que espalhar produtos químicos no meio ambiente se manifeste como cabelo rosa ou superpoderes na progênie. Doença, infertilidade e morte são os desfechos mais prováveis.

Um método mais preciso deve ser usado para introduzir traços físicos específicos na prole, algo como vírus que altera o gene, talvez.


Porcentagem de mutações causadas por radiação? - Biologia

Resumo do artigo:

Autores: Satish Kumar, Vikas Gupta e Chandra Nath Mishra
ICAR-Instituto Indiano de Pesquisa de Trigo e Cevada, Karnal-132001 Haryana

Mutação é uma mudança repentina hereditária em uma característica de um organismo. As mutações produzidas por mudanças nas sequências de bases dos genes são conhecidas como mutações genéticas ou pontuais. O termo mutações foi introduzido por Hugo de Vries em 1900.

As mutações ocorrem em populações naturais (sem qualquer tratamento pelo homem) em uma taxa baixa. São conhecidas como mutações espontâneas. A frequência das mutações naturais é geralmente de um em dez lacs.

As mutações podem ser induzidas artificialmente por um tratamento com certos agentes físicos ou químicos. Essas mutações são conhecidas como mutações induzidas e os agentes usados ​​para produzi-las são denominados mutagênicos. A utilização de mutações induzidas para o melhoramento da cultura é conhecida como cruzamento de mutações. As mutações induzidas têm uma grande vantagem sobre as espontâneas, pois ocorrem em uma frequência relativamente maior, de modo que é prático trabalhar com elas.

Características das mutações

1. As mutações são geralmente recessivas, mas também ocorrem mutações dominantes.
2. As mutações geralmente são prejudiciais ao organismo, mas uma pequena proporção (0,1 por cento) delas é benéfica.
3. As mutações são aleatórias, ou seja, podem ocorrer em qualquer gene. No entanto, alguns genes apresentam taxas de mutações mais altas do que outros.
4. As mutações são recorrentes, ou seja, as mesmas mutações podem ocorrer repetidamente.
5. Mutações induzidas comumente mostram pleiotropia, freqüentemente devido a mutações em genes intimamente ligados.

Mutagênico
Os agentes usados ​​para indução de mutações são conhecidos como mutagênicos. Os mutagênicos são classificados em dois grupos, mutagênicos físicos e químicos.

Mutagênico físico

As mutações que induzem radiação são de dois tipos.

eu. Radiação ionizante
ii. Radiação não ionizante.

Raios alfa, beta e gama de substâncias radioativas, nêutrons e raios X são exemplos de radiação ionizante. Quando as radiações ionizantes passam pela matéria, os átomos absorvem energia deles e perdem elétrons. Quando um átomo se torna ionizado, a molécula da qual faz parte sofre uma mudança química. Se a molécula é um gene e se esse gene alterado duplica seu novo padrão, o resultado da alteração é uma mutação.

Radiação não ionizante

Quando os compostos absorvem energia de radiações não ionizantes, seus elétrons são elevados a níveis de energia mais elevados (excitação). Isso resulta no aumento da reatividade das moléculas afetadas, levando a mutações.

A única radiação não ionizante capaz de induzir mutações é a luz ultravioleta. A radiação U-V pode ser obtida de uma lâmpada de vapor de mercúrio. Os raios U V têm comprimentos de onda muito maiores (cerca de 2500 Angstroms)

1. Agentes alquilantes - por exemplo, EMS (etilmetano sulfonato) MMS (metil metano sulfonato)
2. Corantes de acridina, por exemplo, brometo de etídio, acriflavina proflavina
3. Base analógica - por exemplo. 5 Bromouracil, 5 - Clorouracil
4. Outros - por exemplo, ácido nitroso, hidroxilamina, azida de sódio.

O jardim gama do Instituto Indiano de Pesquisa Agrícola, em Nova Delhi, é um terreno de três acres. No centro deste campo, existe uma grande fonte de cobalto radioativo (CO 60) e as plantas em vasos são mantidas a distâncias variadas da fonte, irradiadas e estudadas. É usado para irradiar plantas inteiras durante diferentes estágios e por durações variadas.

Os raios gama têm comprimento de onda menor do que os raios X e, portanto, são penetrantes. Os raios gama são comumente medidos em termos de unidades Roentgen (r).

O tratamento de um material biológico com um mutagênico para induzir mutações é conhecido como mutagênese. A exposição de um material biológico à radiação (raios X, raios gama, etc.) é conhecida como irradiação.

Parte da planta a ser tratada

Sementes, grãos de pólen ou propágulos vegetativos (brotos e estacas) podem ser usados ​​para mutagênese. Mutagênicos químicos são mais usados ​​com sementes.

Os tratamentos mutagênicos reduzem a germinação, a taxa de crescimento, o vigor e a fertilidade (pólen e óvulo). Uma dose ótima em que produz a frequência máxima de mutações e causa a morte mínima. DL 50 na dose de um mutagênico que mataria 50 por cento dos indivíduos tratados. O valor de DL 50 varia com a espécie de cultivo e com o mutagênico usado. Um experimento preliminar é geralmente conduzido para determinar a dose de mutagênio adequada. A dose do mutagênico pode ser variada, variando a intensidade ou o tempo de tratamento. A intensidade no caso de mutagênicos químicos pode ser variada alterando a concentração de mutagênicos.

A parte da planta selecionada é exposta à dose de mutagênica desejada. No caso dos mutagênicos químicos, as sementes geralmente são pré-embebidas por algumas horas, para iniciar as atividades metabólicas, expostas ao mutagênico desejado e depois lavadas em água corrente da torneira para remover o mutagênico presente nelas. As sementes tratadas são imediatamente plantadas no campo para elevar a geração M1. M2, M3, M4 etc são as gerações subsequentes derivadas de M1, M2, M3 etc., plantas por autofecundação.


Sobre o autor / informações adicionais:
Estou trabalhando como Cientista no ICAR- Instituto Indiano de Trigo e Cevada Karnal, Haryana sob ICAR, Nova Delhi.

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Como as mutações podem ser induzidas? | Biologia

As mutações podem ser induzidas por muitos agentes chamados mutagênicos. Estes podem ser mutagênicos químicos e radiações, por exemplo, raios-X, raios-y e raios UV.

Cortesia de imagem: iovs.org/content/47/2/475/F2.large.jpg

As mutações são criadas em nível molecular, alterando a base nos nuleotídeos. As alternâncias são criadas por:

(a) Deleção de base (b) Inversão de base (c) Inversão de bases e (d) Substituição de pares de bases.

A substituição do par de bases ocorre durante a replicação do DNA sem quebrar o DNA. Pode ser de dois tipos. (Fig. 40.15)

A purina é substituída por outra purina ou a pirimidina é substituída por outra pirimidina.

Purina é substituída por pirimidina.

A descoberta dos efeitos mutagênicos produzidos por vários tipos de radiações foi mostrada pela primeira vez como uma sonda experimental para a estrutura e função do gene changine. Era muito difícil distinguir entre os efeitos diretos ou indiretos da irradiação e analisar a natureza exata dos compostos bioquímicos produzidos. Os mutagênicos químicos são mais eficazes e seus resultados são caracterizados.

Thomas e Steinberg descobriram que o ácido nitroso é eficaz, causando mutação em Aspergillus. Auerbach e Robson descobriram que as mutações podem ser induzidas por nitrogênio e gás de enxofre em Drosophila. A atividade mutagênica em formaldeído, dietilsulfato, diazometano, etc., é descoberta por Rapoport. Mutagênicos químicos causam irritações cutâneas graves em mamíferos e também podem produzir câncer.

Existem alguns produtos químicos que afetam alguns organismos, mas não outros. Watson e Crick foram os primeiros a sugerir que a mutação poderia ocorrer como resultado de mudanças ocasionais na ligação de hidrogênio de bases de nucletodie, por exemplo, a adenina normalmente carrega um NH2 (amino) grupo que fornece átomo de hidrogênio para ligação com o grupo ceto complementar (C = O) da timina. Em uma mudança tautomérica, o grupo amino é alterado para o grupo amino (NH). Essa base agora se liga à citosina (em vez de timina). Na timina, a mudança tautomérica da forma ceto para enol (COH) permite que ela se ligue à guanina (em vez da adenina) (Fig. 40.16).

Se o deslocamento tautomérico produzir o erro, é necessário que ocorra a replicação do DNA.

Uma substância química semelhante a uma base é chamada de análogo de base. Ele pode ser incorporado ao DNA recém-sintetizado em vez de uma base normal. O análogo da pirimidina 5-bromouracil (5-BU) é estruturalmente semelhante à timina. 5-clorouracil (5 CU) e 5 Iodouracil (5 UI) também podem substituir a timina no DNA. A 2-amino purina (2 AP) é incorporada em quantidades muito pequenas que não foi possível descobrir qual base ela substitui. 2, 6 diamino purina é altamente mutagênica. O 5-bromouracil pode emparelhar com a adenina da mesma forma que a timina (Fig. 40.17).

O 5-bromouracil (5-BU) e a bromodeoxiuridina (BUdR) são análogos da timina que são formas ceto, mas podem sofrer alterações tautoméricas na forma de enol e pares com Guanina (G) em vez de Adenina (A) (Fig. 40.18). 5-BU produz a substituição G-C para o A-T original, ou pode ocasionalmente ser incorporado na forma de enol como um parceiro de emparelhamento com guanina e então reverter para sua forma ceto para produzir a substituição A-T para o G-C original. Lawley e Brookes sugeriram que o mau emparelhamento pode ser causado pela ionização de bases, em vez de por mudanças tautoméricas. Neste mecanismo, uma base, por exemplo, 5-BU perde o hidrogênio normalmente associado ao seu átomo de nitrogênio 3 (Fig. 40.19 A, B) e pode agora emparelhar com guanina (G).

O análogo de base 2 aminopurina (2 AP) mostra propriedades mutacionais que permitem que seja incorporado como um substituto da adenina, mas para emparelhar subsequentemente com citosina, ou para emparelhar inicialmente com citosina e subsequentemente com timina. A incorporação a de AP no lugar de guanina (G) para dar o par de bases AP-C causará mutação na geração subsequente.

Um erro na replicação após a incorporação de 2-AP leva à formação de transição de indução de par de bases AP-T.

Agentes que modificam purinas e pirmidinas:

Os agentes que modificam purinas e pirimidinas ou agentes que estabilizam as bases incluem óxido nitroso (HNO2), hidroxilamina e agentes alquilantes.

Ele reage com bases contendo grupos amino. Ele muda a estrutura por desaminação (remoção do grupo amino). O grupo amino (NH2) é substituído pelo grupo hidroxila (OH & # 8211). O ácido nitroso desamina, as bases, G, C e A com frequência decrescente. A desaminação da adenina resulta na formação de hipoxantina (Fig. 40.20). A hipoxantina é pareada com citosina em vez de timina. Assim, o emparelhamento A-T é substituído por pares G-C.

A desaminação da citosina na posição 6 resulta na formação de uracila (U) (Fig. 40.21) e o emparelhamento de C-G em vez de U-A é formado. A guanina desamina em xantina. A xantina se comporta como a Guanina e emparelha-se com a citosina, o emparelhamento é X-C em vez de G-C. A desaminação da Guanina não tem efeito mutagênico (Fig. 40.22). A mudança no pareamento de bases resulta em mudança no DNA na progênie de 50%. A desaminação da gaunina não mostra nenhuma mutação hereditária.

Tabela: 40.1. A mudança estrutural e de comportamento de emparelhamento do DNA devido à desaminação por óxido nitroso:

Base Normal Emparelhamento normal Base Desaminada Novo par
Adenina NO Hipoxantina G-C
Citosina CG Uracil U-A
Guanina G-C Xantina X-C

Ele reage com a citosina e a guanina, a hidroxilação da citosina no grupo amino forma hidroxilcitosina que emparelha com a adenina porque o grupo hidroxilamino deve ser mais eletronegativo do que o grupo amino. A molécula hidroxilada está na forma tautomérica com um átomo de hidrogênio no lugar do nitrogênio na posição 3. O efeito da hidroxilamina em & # 8216C & # 8217 produz uma transição no emparelhamento de bases (Fig. 40.23)

Hidrazina (NH2NH2) quebra os anéis de uracila e citosina, forma pirazolona e 3-aminopirrasol. Quando o DNA é tratado com hidrazina, ele produz & # 8220ácido pirimidínico & # 8221. Enquanto que, quando o RNA é tratado com hidrazina, ele produz & # 8220 ácido ribo-apirimidínico & # 8221.

Muitos agentes mutagênicos carregam um ou mais grupos alquil. Estes são chamados de agentes alquilantes mono-, bi- ou polifuncionais, por exemplo, dimetilsulfato (DES), dimetilsulfato (MMS), etanossulfonato (DMS), metil metano sulfonato (EES) e etil metano sulfonato (EMS), etc. Todos eles atuam como grupos monofuncionais.

Agentes que produzem distorção no DNA:

Proflavina e laranja de acridina são dois corantes fluorescentes importantes que causam mutação por inserção ou deleção de bases. A ligação direta desses corantes ao ácido nucléico causa mutação.

Entre as radiações mutagênicas físicas são as mais importantes. Eles têm efeito direto no cromossomo. Eles podem quebrar o cromossomo diretamente ou alterar as bases do DNA. Se os cromossomos na prófase meiótica recebem radiação, a frequência de mutantes por organismo viável aumenta linearmente com a dose. Ressovsky et al (1935) sugeriram a teoria do alvo afirmando que um único golpe da partícula (radiação) no alvo (material genético) o inativa ou transforma. A radiação pode atuar através da produção de um produto químico.

A frequência de aberrações cromossômicas simples, por exemplo, deleção, é proposta para a dose de radiação (Fig. 40.24). Low O2 a concentração reduz a frequência de quebras cromossômicas induzidas por radiações.

O efeito do oxigênio também é chamado de anoxia. Radiação na presença de 02 forma alguns radicais peróxidos que influenciam a frequência de rupturas e mutações. A ionização da água nas células pode dar radicais livres e peróxido de hidrogênio

O conteúdo de energia de uma radiação depende de seu comprimento de onda. Quanto mais curto for o comprimento de onda, maior será o valor de energia de uma radiação. As radiações de alta energia podem alterar a estrutura atômica de uma substância, causando a perda de um elétron e a formação de um íon. As alternâncias no ácido nucléico causadas pela radiação são de grande importância. Radiações ionizantes de alta energia e luz ultravioleta são agentes mutagênicos.

O DNA e o RNA absorvem a luz ultravioleta, resultando em radicais livres altamente reativos em bases contendo nitrogênio. A instabilidade causa transição. Se tais mudanças ocorrerem em / w-RNA, apenas algumas proteínas inativas são formadas em substituição no DNA e têm efeito duradouro na produção de proteínas defeituosas. A luz ultravioleta produz dímeros de timina (Fig. 40.25). 5, 6 ligações insaturadas de pirimidinas adjacentes tornam-se covalentemente ligadas e formam um anel de ciclobutância. Três tipos possíveis de dímeros de pirimidina no DNA são encontrados em culturas bacterianas irradiadas.

No RNA, os dímeros de pirimidina são formados entre a uracila adjacente e o anel de citosina. Esses dímeros não podem se encaixar na dupla hélice do DNA, causando distorção das moléculas de DNA. Se esse dano não for reparado, a replicação é bloqueada e é letal. A Exonuclease reconhece a região distorcida e a corrige. A DNA polimerase insere bases corretas na lacuna e as DNA ligases juntam-se à base inserida.

A radiação UV adiciona moléculas de água às pirimidinas no DNA, bem como no RNA, resultando em foto-hidratos (Fig. 40.26).

O raio X causa mutação ao quebrar a ligação éster de fosfatos no DNA em um ou mais pontos, causando um grande número de deleção de bases ou rearranjo. No DNA de fita dupla, quebras podem ocorrer em uma ou em ambas as fitas. Se for encontrado em ambos os fios, é letal. Às vezes, duas quebras de fita dupla podem ocorrer na mesma molécula e as duas pontas quebradas podem se juntar novamente. A parte do DNA entre as duas quebras é eliminada, resultando na exclusão.

A mutação induzida por UV descoberta por Kelner et al mostra que o efeito de UV pode ser revertido pela exposição de células à luz visível contendo comprimento de onda na região azul do espectro. É chamado de reativação de foto. Foi observado em bactérias e bacteriófagos. É causada pelo en2yme, que divide os dímeros de timina e repara a molécula de DNA. Quando o sistema de reparo do DNA está ausente em humanos, o xeroderma pigmentoso aparece nos pacientes suscetíveis à luz solar.


Equipes de pesquisa internacionais exploram os efeitos genéticos da radiação de Chernobyl

Os pesquisadores usaram a tecnologia de sequenciamento de DNA para explorar questões científicas sobre os efeitos da radiação do desastre nuclear de Chernobyl na saúde humana.

Em dois estudos marcantes, os pesquisadores usaram ferramentas genômicas de ponta para investigar os efeitos potenciais à saúde da exposição à radiação ionizante, um conhecido cancerígeno, do acidente de 1986 na usina nuclear de Chernobyl, no norte da Ucrânia. Um estudo não encontrou evidências de que a exposição à radiação para os pais resultou em novas mudanças genéticas sendo passadas de pais para filhos. O segundo estudo documentou as mudanças genéticas nos tumores de pessoas que desenvolveram câncer de tireoide após serem expostas, quando crianças ou fetos, à radiação liberada pelo acidente.

Os resultados, publicados por volta do 35º aniversário do desastre, são de equipes internacionais de investigadores liderados por pesquisadores do National Cancer Institute (NCI), parte do National Institutes of Health. Os estudos foram publicados online em Ciência em 22 de abril.

"Questões científicas sobre os efeitos da radiação na saúde humana foram investigadas desde os bombardeios atômicos de Hiroshima e Nagasaki e foram levantadas novamente por Chernobyl e pelo acidente nuclear que se seguiu ao tsunami em Fukushima, no Japão", disse Stephen J. Chanock, MD, diretor da Divisão de Epidemiologia e Genética do Câncer (DCEG) do NCI. "Nos últimos anos, os avanços na tecnologia de sequenciamento de DNA nos permitiram começar a abordar algumas das questões importantes, em parte por meio de análises genômicas abrangentes realizadas em estudos epidemiológicos bem planejados."

O acidente de Chernobyl expôs milhões de pessoas na região circundante a contaminantes radioativos. Estudos forneceram muito do conhecimento atual sobre cânceres causados ​​por exposições à radiação de acidentes em usinas nucleares. A nova pesquisa baseia-se nessa base usando o sequenciamento de DNA de última geração e outras ferramentas de caracterização genômica para analisar bioespécimes de pessoas na Ucrânia que foram afetadas pelo desastre.

O primeiro estudo investigou a questão de longa data de se a exposição à radiação resulta em mudanças genéticas que podem ser transmitidas de pais para filhos, como foi sugerido por alguns estudos em animais. Para responder a essa pergunta, o Dr. Chanock e seus colegas analisaram os genomas completos de 130 pessoas nascidas entre 1987 e 2002 e seus 105 pares de mãe e pai.

Um ou ambos os pais eram trabalhadores que ajudaram a limpar o acidente ou foram evacuados porque moravam perto do local do acidente. Cada pai foi avaliado quanto à exposição prolongada à radiação ionizante, que pode ter ocorrido por meio do consumo de leite contaminado (isto é, leite de vacas que pastavam em pastagens contaminadas por precipitação radioativa). As mães e pais experimentaram uma série de doses de radiação.

Os pesquisadores analisaram os genomas de crianças adultas em busca de um aumento em um tipo particular de mudança genética hereditária conhecida como mutações de novo. Mutações de novo são mudanças genéticas que surgem aleatoriamente nos gametas de uma pessoa (espermatozoides e óvulos) e podem ser transmitidas aos seus descendentes, mas não são observadas nos pais.

Para a gama de exposições à radiação experimentada pelos pais no estudo, não houve evidência dos dados de sequenciamento do genoma completo de um aumento no número ou tipos de mutações de novo em seus filhos nascidos entre 46 semanas e 15 anos após o acidente . O número de mutações de novo observadas nessas crianças foi muito semelhante ao da população em geral com características comparáveis. Como resultado, os resultados sugerem que a exposição à radiação ionizante do acidente teve um impacto mínimo, se algum, na saúde da geração subsequente.

"Vemos esses resultados como muito tranquilizadores para as pessoas que viviam em Fukushima na época do acidente em 2011", disse o Dr. Chanock. "As doses de radiação no Japão são conhecidas por terem sido menores do que as registradas em Chernobyl."

No segundo estudo, os pesquisadores usaram o sequenciamento de última geração para traçar o perfil das mudanças genéticas nos cânceres de tireoide que se desenvolveram em 359 pessoas expostas na infância ou no útero à radiação ionizante de iodo radioativo (I-131) liberada pelo acidente nuclear de Chernobyl e em 81 indivíduos não expostos nascidos mais de nove meses após o acidente. O aumento do risco de câncer de tireoide foi um dos efeitos adversos à saúde mais importantes observados após o acidente.

A energia da radiação ionizante quebra as ligações químicas no DNA, resultando em vários tipos diferentes de danos. O novo estudo destaca a importância de um tipo específico de dano ao DNA que envolve quebras em ambas as fitas de DNA nos tumores da tireoide. A associação entre quebras de fita dupla de DNA e exposição à radiação foi mais forte para crianças expostas em idades mais jovens.

Em seguida, os pesquisadores identificaram os candidatos a "condutores" do câncer em cada tumor - os genes-chave nos quais as alterações permitiram que o câncer crescesse e sobrevivesse. Eles identificaram os drivers em mais de 95% dos tumores. Quase todas as alterações envolveram genes na mesma via de sinalização, chamada via de proteína quinase ativada por mitogênio (MAPK), incluindo os genes BRAF, RAS, e RET.

O conjunto de genes afetados é semelhante ao que foi relatado em estudos anteriores sobre câncer de tireoide. No entanto, os pesquisadores observaram uma mudança na distribuição dos tipos de mutações nos genes. Especificamente, no estudo de Chernobyl, os cânceres de tireoide que ocorreram em pessoas expostas a doses mais altas de radiação quando crianças eram mais propensos a resultar de fusões gênicas (quando ambas as fitas de DNA são quebradas e, em seguida, os pedaços errados são juntados novamente), enquanto aqueles em pessoas não expostas ou expostas a baixos níveis de radiação eram mais prováveis ​​de resultar de mutações pontuais (alterações de um único par de bases em uma parte chave de um gene).

Os resultados sugerem que as quebras de fita dupla de DNA podem ser uma mudança genética precoce após a exposição à radiação no ambiente que subsequentemente permite o crescimento de cânceres de tireoide. Suas descobertas fornecem uma base para estudos adicionais de cânceres induzidos por radiação, particularmente aqueles que envolvem diferenças no risco em função da dose e da idade, acrescentaram os pesquisadores.

"Um aspecto emocionante desta pesquisa foi a oportunidade de vincular as características genômicas do tumor com informações sobre a dose de radiação - o fator de risco que potencialmente causou o câncer", disse Lindsay M. Morton, Ph.D., vice-chefe da Ramo de Epidemiologia de Radiação no DCEG, que liderou o estudo.

“O Atlas do Genoma do Câncer estabeleceu o padrão de como traçar um perfil abrangente das características do tumor”, continuou o Dr. Morton. "Estendemos essa abordagem para concluir o primeiro grande estudo de paisagem genômica no qual a exposição potencial carcinogênica foi bem caracterizada, permitindo-nos investigar a relação entre as características específicas do tumor e a dose de radiação."

Ela observou que o estudo foi possível com a criação do Banco de Tecidos de Chernobyl há cerca de duas décadas - muito antes de a tecnologia ter sido desenvolvida para conduzir o tipo de estudos genômicos e moleculares que são comuns hoje.

"Esses estudos representam a primeira vez que nosso grupo fez estudos moleculares usando as bioespécimes que foram coletadas por nossos colegas na Ucrânia", disse o Dr. Morton. "O banco de tecidos foi criado por cientistas visionários para coletar amostras de tumor de residentes em regiões altamente contaminadas que desenvolveram câncer de tireoide. Esses cientistas reconheceram que haveria avanços substanciais na tecnologia no futuro, e a comunidade de pesquisa agora está se beneficiando de sua previsão . "


Mutações de Chernobyl em humanos: como humanos e animais foram afetados

Muitos anos após o acidente de Chernobyl, havia pessoas que ainda tinham problemas de saúde. A radiação que vazou após a explosão ainda prejudicava as pessoas e os animais de Chernobyl, bem como as plantas que estavam na área. Muitos pacientes foram tratados para doenças como câncer de tireoide, leucemia e também doenças respiratórias.

Os altos níveis de radiação tornaram os residentes propensos a doenças fatais, nas quais algumas pessoas não podiam pagar por atendimento médico, um fato que contribuiu para um aumento do número de mortos. After the accident and due to the radiation, healthy foods were not available since crops could not be grown on the land. This led to malnutrition which also contributed to Chernobyl mutations and also health problems.

Chernobyl Human Mutations. What is Genetic Mutations are?

Chernobyl child mutations include the fact that some children were born with heart defects caused by mutação genética from the radiation. This issue was difficult to fix among many children since medication was difficult to get and because of the cost factor when it was available.

Chernobyl child mutations

During the year 1986, the year of the Chernobyl Power Plant Disaster, the number of babies born with birth defects significantly increased by a rate of 200%. The number of those that were reported increased more than this and there were probably more that may not have been reported. Because their defects were because of genetic mutations, they are likely to pass it on to other generations. This leads to more birth defects and possibly more Chernobyl mutations from radiation. Because of genetic mutations, Downs Syndrome was a common occurrence due to radiation effects.

Health problems continued to increase since the children were forced to live in areas with high radiation levels. They couldn’t move since they were unable to work and they had no other people to help raise them. The children were living in severe poverty. Some were forced to reside in medical and mental facilities that were supported by the government.

Chernobyl Animals Mutations from Radiation. What are Genetic Mutations?

Many animals travelled back into the area because of the lack of presence of humans and the problems caused by them. Reproduction of the animals was difficult because of the high radiation levels. When some of Chernobyl animals were able to reproduce offspring, unfortunately, they were born with mutations and various birth defects. In some cases, the type of Chernobyl animal could not be recognized. There are many wild boars that do not resemble their natural form.

Even though the area is considered dangerous for life, the animals such as deer and elk still stayed in the radiation-ridden lands. The population is very high with many Chernobyl mutated animals. As mentioned, reproduction was limited but this was just a temporary effect. The population continued to increase but not without health effects. Without people around, they thrived on the plants since they were not removed or destroyed to be used for other purposes such as building and farming.

There were many signs of radiation effects on the animals. Because of the stress and the lack of antioxidants, many Chernobyl wildlife mutations included an under-developed nervous system and smaller brains which led to the inability to think properly. The birds that called the radiation area home were affected by Chernobyl animals mutations since they had much smaller brains compared to those that were not in radiation areas. Some of the swallows found in the area have physical mutations and physical abnormalities. The typical characteristics of this include deformed tails, discolored feathers and improperly shaped air sacks. They will fail to survive in radiation affected areas.

Chernobyl Plant Mutations

Because of high radiation levels, radioactive iodine was present so Chernobyl animals did not have food that was safe for consumption, especially cows. This led to contamination of milk produced by cows. The roots of the plants can easily absorb the radiation and materials like strontium and caesium.

The plants located in the forests are still contaminated because of the caesium radioactivity that is shared by the insects and other wildlife living in the areas. It is said that the berries and mushrooms as well as the Chernobyl animals should not be consumed for food because of the high radiation content.

Because of the radiation levels, some trees and shrubs have dried up and changed colors while others are short when they should not be like this. Chernobyl plant mutations have destroyed a once beautiful area.

Chernobyl mutations children

Chernobyl Mutations Fish in Pripyat River

The radiation from the Chernobyl Power Plant contaminated bodies of water such as reservoirs, rivers as well as lakes. Because of this, there were fish mutations. The seafood in the water bodies was not edible because of this. Wildlife and humans had a shortage of food because of the effects of radiation on the water and the plants. The fish living in the water has high level of radioactive iodine. This effect was felt in more areas, in other countries as well as areas close to the horrific accident.


Mutation and Cancer

The abnormal behaviors demonstrated by cancer cells are the result of a series of mutations in key regulatory genes. The cells become progressively more abnormal as more genes become damaged. Often, the genes that are in control of DNA repair become damaged themselves, rendering the cells even more susceptible to ever-increasing levels of genetic mayhem.

Below is an animation that demonstrates the relationship between chromosomes, genes and DNA.

Most cancers are thought to arise from a single mutant precursor cell. As that cell divides, the resulting 'daughter' cells may acquire different mutations and different behaviors over a period of time. Those cells that gain an advantage in division or resistance to cell death will tend to take over the population. In this way, the tumor cells are able to gain a wide range of capabilities that are not normally seen in the healthy version of the cell type represented. The changes in behavior seen in cancer cells are the focus of the Cancer Biology section of the site.

Mutations in key regulatory genes (tumor suppressors and proto-oncogenes) alter the behavior of cells and can potentially lead to the unregulated growth seen in cancer.

For almost all types of cancer studied to date, it seems as if the transition from a normal, healthy cell to a cancer cell is a step-wise progression that requires many genetic changes that add up to create the cancer cell. These mutations occur on both oncogenes and tumor suppressors. This is one reason why cancer is much more prevalent in older individuals. In order to generate a cancer cell, a series of mutations must occur in the same cell. Since the likelihood of any gene becoming mutated is very low, it stands to reason that the chance of several different mutations occuring in the same cell is truly very unlikely. For this reason, the cells in a 70 year old body have had more time to accumulate the changes needed to form cancer cells but those in a child are much less likely to have acquired the requisite genetic changes. Of course, some children Faz get cancer but it is much more common in older individuals. The graph below shows colon cancer rates in the United States as a function of age. The graph was obtained from the National Cancer Institute. 2

By looking at the shape of curves like the ones shown above, it has been concluded that several genetic changes are required to create cells that become cancerous.

In the laboratory, researchers have been attempting to create tumor cells by altering or introducing key regulatory proteins. Several studies have attempted to define the minimal number of genetic changes needed to create a cancer cell, with intriguing results.3

In nature, mutations can accumulate in cells over time and if the 'right' group of genes are mutated, cancer can result. A 2012 study showed that bone marrow stem cells in a healthy individual accumulate many mutations as the person ages. Just a few more changes to key genes can cause cancer. The results imply that 'normal' cells and cancer cells may not be all that different in many cases.4


How does radiation cause mutation?

Radiation can transfer energy to molecules such as DNA that causes bonds to break.

Explicação:

Radiação can be seen as a package of energy. This can be a particle (such as #alpha# and #beta# radiation) or it can be a wave / photon ( #gamma# / X-ray).

In any case, radiation loses energy when it interacts with molecules in the cell. Mutation can be caused when radiation has enough energy to free an electron from an atom. Then it is called radiação ionizante. In contrast to e.g. microwaves and light which is also radiation, but with less energy.

When an electron is released from a molecule, bonds can break. Radiation can cause mutações in two different ways:

  1. Direct effect : radiation breaks bonds in DNA, this breaks the strands and mutation can occur when it is not properly repaired.
  2. Indirect effect : radiation causes other molecules to lose an electron these molecules (reactive intermediates) can then interact with DNA to cause mutation.

Whether radiation causes mutations is a matter of chance: