Мутация деңгейін арттыратын физикалық және химиялық факторлар

Мутагендер: ДНК-ны өзгертіп, мутация деңгейін арттыратын физикалық/химиялық факторлар. Қатерлі ісіктерге себеп болуы мүмкін. Мутагенез процесін қарастырады.

14 мин оқу

100%

Дереккөз: Mutagen — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Генетикалық мутацияның жылдамдығын арттыратын физикалық немесе химиялық агент. Генетикада мутаген – организмдегі генетикалық материалды, әдетте ДНК-ны, тұрақты түрде өзгертетін және осылайша табиғи фондық деңгейден жоғары мутациялар жиілігін арттыратын физикалық немесе химиялық агент. Көптеген мутациялар жануарларда қатерлі ісіктерге себеп болуы мүмкін болғандықтан, мұндай мутагендер канцерогендер болуы мүмкін, бірақ барлығы солай емес. Барлық мутагендердің ерекше мутациялық іздері болады, ал кейбір химиялық заттар жасушалық процестер арқылы мутагенді қасиетке ие болады. ДНК-ның өзгеру процесі мутагенез деп аталады. Барлық мутациялар мутагендердің әсерінен туындамайды: «спонтанды мутациялар» деп аталатын мутациялар, спонтанды гидролиз, ДНК көшіріліміндегі, жөндеудегі және рекомбинациядағы қателердің нәтижесінде пайда болады.

Ашылу

Алғашқы анықталған мутагендер канцерогендер болды, яғни қатерлі ісіктерге себеп болатын заттар. Денедегі ісіктер хромосомалар мен ДНК ашылғанға дейін 2000 жылдан астам бұрын сипатталған; б.з.д. 500 жылы грек дәрігері Гиппократ ракқа ұқсайтын ісікті каркинос деп атады (одан "рақ" сөзі латын тілінен келген), яғни "рақ". 1567 жылы швейцариялық дәрігер Парацельс кен орындарында табылған белгісіз заттың (қазіргі кезде радон газы деп белгілі) кеншілерде нашарлау ауруын тудыратынын айтты. Англияда 1761 жылы Джон Хилл химиялық заттардың қатерлі ісікке тікелей байланысын анықтады, атап айтқанда, темекі көп қолдану мұрын қатерлі ісігіне себеп болуы мүмкін екенін көрсетті. 1775 жылы сэр Персивалл Потт түйіншектерді сыпырушылардағы скротальды қатерлі ісіктің жоғары деңгейі туралы мақала жазып, түйіншектердің күлінің скротальды қатерлі ісіктің себебі болуы мүмкін екенін ұсынды. 1915 жылы Ямагава мен Ичикава қоянның құлағына көмір шайырының бірнеше рет жағылуы қатерлі ісікке әкелетінін көрсетті. Кейіннен, 1930 жылдары көмір шайырындағы канцерогендік компонент полиароматты көмірсутек (ПАҚ) – бензо[а]пирен екені анықталды. Полиароматты көмірсутектер күлде кездеседі, және бұл зат 150 жыл бұрын қатерлі ісікке себеп болатын фактор деп саналған. Сәулеленумен және қатерлі ісік арасындағы байланыс 1902 жылы, Вильгельм Рентгеннің рентген сәулесін және Анри Беккерельдің радиоактивтілікті ашқаннан кейін алты жыл өткен соң байқалды. Георгий Надсон мен Герман Филиппов 1925 жылы иондаушы сәулелену арқылы гүліштің мутанттарын жасады. Мутагендердің мутагендік қасиеті алғаш рет 1927 жылы Херман Мюллер рентген сәулелерінің жеміс шыбындарының генетикалық мутацияларын тудыратынын, сондай-ақ хромосомаларда көрінетін өзгерістерді, жеміс шыбындарының сілекей бездеріндегі үлкейтілген "политен" хромосомаларының болуына байланысты фенотиптік мутанттарды тудыратынын анықтағанда дәлелденді. Оның әріптесі Эдгар Альтенбург 1928 жылы УФ-сәулеленудің мутациялық әсерін де көрсетті. Мюллер генетикалық зерттеулерінде қолданған Drosophila мутанттарын жасау үшін рентген сәулелерін пайдаланды. Ол сондай-ақ рентген сәулелері жеміс шыбындарының гендерін ғана емес, өзгерткенін анықтады. Льюис Штадлердің 1928 жылы арпаға және 1936 жылы жүгеріге ультрафиолет (УФ) сәулелерінің мутациялық әсерін көрсеткен ұқсас жұмыстары да болды. Күн сәулесінің әсері он тоғызыншы ғасырда байқалды, сол кезде ауылдық ашық ауада жұмыс істейтін адамдар мен теңізшілердің тері қатерлі ісігіне бейім екені анықталды. Химиялық мутагендердің мутация тудыратыны 1940 жылдарға дейін көрсетілмеген, ол кезде Шарлотта Ауербах пен Дж. М. Робсон қыша газының жеміс шыбындарының мутацияларын тудыратынын анықтады. Содан бері көптеген химиялық мутагендер анықталды, әсіресе 1970 жылдары Брюс Эймс мутагендерді анықтайтын және канцерогендерді алдын ала анықтауға мүмкіндік беретін Эймс сынағын жасағаннан кейін. Эймстің алғашқы зерттеулері белгілі канцерогендердің шамамен 90% -ын Эймс тестісімен мутагенді деп анықтауға болатынын көрсетті (кейінгі зерттеулер төменгі көрсеткіштерді берді).

The first mutagens to be identified were carcinogens, substances that were shown to be linked to cancer. Tumors were described more than 2,000 years before the discovery of chromosomes and DNA; in 500 B. C., the Greek physician Hippocrates named tumors resembling a crab karkinos (from which the word "cancer" is derived via Latin), meaning crab. In 1567, Swiss physician Paracelsus suggested that an unidentified substance in mined ore (identified as radon gas in modern times) caused a wasting disease in miners, and in England, in 1761, John Hill made the first direct link of cancer to chemical substances by noting that excessive use of snuff may cause nasal cancer. In 1775, Sir Percivall Pott wrote a paper on the high incidence of scrotal cancer in chimney sweeps, and suggested chimney soot as the cause of scrotal cancer. In 1915, Yamagawa and Ichikawa showed that repeated application of coal tar to rabbit's ears produced malignant cancer. Subsequently, in the 1930s the carcinogen component in coal tar was identified as a polyaromatic hydrocarbon (PAH), benzo[a]pyrene. Polyaromatic hydrocarbons are also present in soot, which was suggested to be a causative agent of cancer over 150 years earlier. The association of exposure to radiation and cancer had been observed as early as 1902, six years after the discovery of X ray by Wilhelm Röntgen and radioactivity by Henri Becquerel. Georgii Nadson and German Filippov were the first who created fungi mutants under ionizing radiation in 1925. The mutagenic property of mutagens was first demonstrated in 1927, when Hermann Muller discovered that x rays can cause genetic mutations in fruit flies, producing phenotypic mutants as well as observable changes to the chromosomes, visible due to the presence of enlarged "polytene" chromosomes in fruit fly salivary glands. His collaborator Edgar Altenburg also demonstrated the mutational effect of UV radiation in 1928. Muller went on to use x rays to create Drosophila mutants that he used in his studies of genetics. He also found that X rays not only mutate genes in fruit flies, Similar work by Lewis Stadler also showed the mutational effect of X rays on barley in 1928, and ultraviolet (UV) radiation on maize in 1936. The effect of sunlight had previously been noted in the nineteenth century where rural outdoor workers and sailors were found to be more prone to skin cancer. Chemical mutagens were not demonstrated to cause mutation until the 1940s, when Charlotte Auerbach and J. M. Robson found that mustard gas can cause mutations in fruit flies. A large number of chemical mutagens have since been identified, especially after the development of the Ames test in the 1970s by Bruce Ames that screens for mutagens and allows for preliminary identification of carcinogens. Early studies by Ames showed around 90% of known carcinogens can be identified in Ames test as mutagenic (later studies however gave lower figures),

Мутагендер мен канцерогендердің айырмашылығы

Мутагендер міндетті түрде канцерогендер емес, және керісінше де дұрыс. Мысалы, натрий азиді мутагенді (және өте улы) болуы мүмкін, бірақ ол канцерогенді екені дәлелденбеген. Ал тікелей мутагенді емес, бірақ жасушалардың өсуін күшейтетін заттар ДНК жөндеуінің тиімділігін азайтып, мутациялардың, демек қатерлі ісіктердің пайда болу ықтималдығын арттырады. Анаболикалық стероидтар осыған мысал – олар простата безінің өсуін күшейтеді және басқаларымен қатар простата қатерлі ісігінің қаупін арттырады. Басқа канцерогендер мутация тудырмастан, түрлі механизмдер арқылы қатерлі ісікті дамытуы мүмкін, мысалы, ісіктерді ынталандыру, қатерлі жасушалармен немесе қатерлі ісік тудыратын патогендермен күресу қабілетін төмендететін иммунодепрессия, эндокриндік жүйенің бұзылуы (мысалы, сүт безі қатерлі ісігінде), тіндік уыттану және қабыну (мысалы, колоректальді қатерлі ісікте).

Мутагендер мен ДНК-ны зақымдайтын агенттер арасындағы айырмашылық

ДНҚ-ны зақымдайтын агент – ДНҚ құрылымында өзгеріс тудыратын, бірақ ДНҚ репликациясы кезінде өзі репликацияланбайтын агент. ДНҚ зақымдануының мысалдарына ДНҚ-дағы нуклеотидтік базаға химиялық қосылымның немесе бұзылудың (аномальды нуклеотид немесе нуклеотидтік фрагменттің пайда болуы) және ДНҚ-ның бір немесе екі тізбегінің үзілуі жатады. Зақымдалған базаны қамтитын екі тізбекті ДНҚ репликацияланғанда, жаңа синтезделген тізбекке, комплементарлы матрицалық тізбектегі зақымдалған базаға қарама-қарсы дұрыс емес база енгізілуі мүмкін, бұл репликацияның келесі айналымында мутацияға айналуы мүмкін. Сондай-ақ, ДНҚ-ның екі тізбегінің үзілуі бұрыс процесс арқылы жөнделінеді, нәтижесінде өзгерген база жұбы, мутация пайда болуы мүмкін. Дегенмен, мутациялар мен ДНҚ зақымданулары негізгі айырмашылығы бар: мутациялар, принципі бойынша, ДНҚ репликациясы кезінде репликациялана алады, ал ДНҚ зақымданулары репликацияланбайды. Осылайша, ДНҚ-ны зақымдайтын агенттер көбінесе екіншілік салдар ретінде мутацияларды тудырады, бірақ барлық ДНҚ зақымданулары мутацияға әкелмейді және барлық мутациялар ДНҚ зақымдануынан туындамайды. Әртүрлі мутагендер ДНҚ-ға әртүрлі әсер етеді. Күшті мутагендер хромосомалық тұрақсыздыққа алып келуі мүмкін, хромосомалардың үзілуіне және транслокация, делеция және инверсия сияқты хромосомалардың қайта орналасуына себеп болуы мүмкін. Мұндай мутагендер кластогендер деп аталады. Мутагендер ДНҚ тізбегін де өзгерте алады; мутациялар арқылы нуклеин қышқылы тізбектеріндегі өзгерістерге нуклеотидтік база жұптарының алмасуы және ДНҚ тізбектеріндегі бір немесе бірнеше нуклеотидтердің қосылуы немесе жойылуы жатады. Бұл мутациялардың кейбіреулері өлімге немесе ауыр ауруға әкелсе де, көптеген мутациялардың әсері шамалы болады, себебі олар протеиндердің құрылымы мен функциясына елеулі әсер ететін қалдықтардың өзгеруіне алып келмейді. Көптеген мутациялар – үнсіз мутациялар, олар кодталмаған немесе функционалды емес тізбектерде пайда болғандықтан немесе кодондардың қайталануына байланысты аминқышқылдар тізбегін өзгертпегендіктен, көзге көрінбейтін әсерлерге алып келмейді. Кейбір мутагендер анеуплоидияны тудырып, жасушадағы хромосомалардың санын өзгерте алады. Олар анеуплоидогендер деп аталады. Эймс сынағында, химиялық заттың әртүрлі концентрациялары қолданылғанда, алынған доза-жауап қисығы көбінесе сызықтық болады, бұл мутагенез үшін шекті мән болмауы мүмкін екенін көрсетеді. Радиациямен жүргізілген зерттеулерде де ұқсас нәтижелер алынған, бұл мутагендерге қатысты қауіпсіз шектің жоқ екенін көрсетеді. Дегенмен, шектік модельге қарсылықтар бар, кейбір ғалымдар мутагенез үшін дозаға тәуелді шектің болуын қорғайды.

A DNA damaging agent is an agent that causes a change in the structure of DNA that is not itself replicated when the DNA is replicated. Examples of DNA damage include a chemical addition or disruption of a nucleotide base in DNA (generating an abnormal nucleotide or nucleotide fragment), or a break in one or both strands in DNA. When duplex DNA containing a damaged base is replicated, an incorrect base may be inserted in the newly synthesized strand opposite the damaged base in the complementary template strand, and this can become a mutation in the next round of replication. Also a DNA double strand break may be repaired by an inaccurate process leading to an altered base pair, a mutation. However, mutations and DNA damages differ in a fundamental way: mutations can, in principle, be replicated when DNA replicates, whereas DNA damages are not replicated. Thus DNA damaging agents often cause mutations as a secondary consequence, but not all DNA damages lead to mutation and not all mutations arise from a DNA damage. Different mutagens act on DNA differently. Powerful mutagens may result in chromosomal instability, causing chromosomal breakages and rearrangement of the chromosomes such as translocation, deletion, and inversion. Such mutagens are called clastogens. Mutagens may also modify the DNA sequence; the changes in nucleic acid sequences by mutations include substitution of nucleotide base pairs and insertions and deletions of one or more nucleotides in DNA sequences. Although some of these mutations are lethal or cause serious disease, many have minor effects as they do not result in residue changes that have significant effect on the structure and function of the proteins. Many mutations are silent mutations, causing no visible effects at all, either because they occur in non coding or non functional sequences, or they do not change the amino acid sequence due to the redundancy of codons. Some mutagens can cause aneuploidy and change the number of chromosomes in the cell. They are known as aneuploidogens. In Ames test, where the varying concentrations of the chemical are used in the test, the dose response curve obtained is nearly always linear, suggesting that there may be no threshold for mutagenesis. Similar results are also obtained in studies with radiations, indicating that there may be no safe threshold for mutagens. However, the no threshold model is disputed with some arguing for a dose rate dependent threshold for mutagenesis.

Түрлері

Мутагендер физикалық, химиялық немесе биологиялық текті болуы мүмкін. Олар ДНК-ға тікелей әсер етіп, ДНК-ны тікелей зақымдауы мүмкін, және көбінесе репликация қателігіне алып келеді. Бірақ, кейбіреулері репликация механизміне және хромосомалардың бөлінуіне әсер етуі де мүмкін. Көптеген мутагендер өздері мутагендік қасиетке ие емес, бірақ жасушалық процестер арқылы, мысалы цитохром P450 жүйесінің және циклооксигеназа сияқты басқа оксигеназалардың әрекеті арқылы мутагендік метаболиттерге айналуы мүмкін. Мұндай мутагендер промутагендер деп аталады.

Физикалық мутагендер

Иондаушы сәулелер, мысалы рентген сәулелері, гамма сәулелері және альфа бөлшектері ДНК-ның үзілуіне және басқа да зақымдануларға себеп болады. Зертханаларда ең көп қолданылатын көздер – кобальт-60 және цезий-137. 260 нм-ден ұзын толқынды ультракүлгін сәулелер негіздермен күшті сіңіріледі, нәтижесінде пиримидин димерлері пайда болады, олар түзетілмесе, репликация кезінде қателерге алып келуі мүмкін. Радиоактивті ыдырау, мысалы, ДНК-дағы 14C азотқа ыдырайды.

Химиялық мутагендер

Химиялық мутагендер ДНК-ны тікелей немесе жанама түрде зақымдайды. Осыған орай, олар 2 түрге бөлінеді:

Базалық аналогтар

Репликация кезінде ДНК негіздерінің орнына қойылмайтын және ауысу мутацияларын тудыратын базалық аналогтар. Мысалдар: 5-бромұрацил және 2-аминопурин.

Интеркаляциялық агенттер

Интеркаляциялық агенттер, мысалы, этидий бромиді және профлавин, ДНК-дағы базалар арасына еніп, репликация кезінде сдвиг мутациясын (frameshift mutation) тудыруы мүмкін молекулалар. Даунорубицин сияқтылары транскрипция мен репликацияны тоқтатып, оларды тез көбейетін жасушалар үшін өте зиянды етеді.

Металдар

Арсен, кадмий, хром, никель және олардың қосылыстары сияқты көптеген металдар мутагенді болуы мүмкін, бірақ олар әртүрлі механизмдер арқылы әрекет ете алады. Арсен, хром, темір және никель белсенді оттегі түзілімдерін (ROS) өндірумен байланысты болуы мүмкін, ал олардың кейбіреулері ДНК репликациясының дәлдігін де өзгерте алады. Никель ДНК гиперметилденуімен және гистон деацетилденуімен байланысты болуы мүмкін, ал кобальт, арсен, никель және кадмий сияқты кейбір металдар ДНК-ның қате жөндеуі, негіздік және нуклеотидтік экзиция жөндеу сияқты ДНК жөндеу процестеріне де әсер етуі мүмкін.

Биологиялық агенттер

Транспозондар – автономды түрде фрагменттерді көшіру/көбейтуге қабілетті ДНК бөлігі. Оның хромосомалық ДНҚ-ға енуі гендердің жұмыс істейтін элементтерін бұзады. Онковирустар – вирус ДНК геномға еніп, генетикалық функцияны бұзуы мүмкін. Жұқпалы агенттердің қатерлі ісіктерге себеп болатыны 1908 жылы Вильгельм Эллерман мен Олуф Банг, ал 1911 жылы Пейтон Роус Роустің саркома вирусын ашқанда айтылған. Бактериялар – Helicobacter pylori сияқты кейбір бактериялар қабынуды тудырады, оның нәтижесінде тотығу түрлері пайда болып, ДНК зақымдалады және ДНК жөндеу жүйелерінің тиімділігі төмендейді, соның салдарынан мутациялар көбейеді.

Қорғау

Антиоксиданттар – бұл реактивті оттегі түлерінен (РОТ) немесе әлеуетті зиянды химиялық заттардан құтылуға көмектесетін канцерогенді қосылыстардың маңызды тобы. Олар жемістер мен көкөністерде табиғи түрде кездеседі. Антиоксиданттардың мысалдары: А витамині және оның каротиноидты прекурсорлары, С витамині, Е витамині, полифенолдар және басқа да әртүрлі қосылыстар. β-Каротин – сәбіз бен помидор сияқты көкөністерде кездесетін қызыл-сары түсті қосылыс. С витамині мутагенді N-нитрозоқосылыстарының (нитрозамин) түзілуін тежеу арқылы кейбір қатерлі ісіктердің алдын алуға көмектеседі. Жасыл шайдағы EGCG сияқты флавоноидтар да тиімді антиоксиданттар болып табылады және қатерлі ісікке қарсы қасиеттері болуы мүмкін. Эпидемиологиялық зерттеулер жемістер мен көкөністерге бай диета кейбір қатерлі ісіктердің азаюымен және өмір сүру ұзақтығымен байланысты екенін көрсетеді.

Басқа химиялық заттар мутагенезді азайтуы немесе басқа механизмдер арқылы қатерлі ісіктің алдын алуы мүмкін, бірақ олардың қорғау қасиеттерінің нақты механизмі әлі белгілі болмауы мүмкін. Көкөністердегі микроэлемент ретінде кездесетін селен – глютатион пероксидаза сияқты маңызды антиоксидантты ферменттердің құрамдас бөлігі. Көптеген фитонутриенттер мутагендердің әсеріне қарсы тұруы мүмкін; мысалы, брокколи сияқты көкөністердегі сульфорафан простата қатерлі ісігіне қарсы қорғаныш ретінде танылған. Қатерлі ісікке қарсы тиімді болуы мүмкін басқа заттарға крестгүлді көкөністерден алынған индол-3-карбинол және қызыл шараптан алынған ресвератрол жатады. Адам өзін қорғау үшін ультракүлгін сәулелену және темекі түтіні сияқты мутагендерге ұшырауды шектеу сияқты шаралар қолдануы мүмкін. Австралияда, ашық терілі адамдардың көптеп кездесетін күшті күн сәулесіне ұшырауы салдарынан, 15-44 жастағы адамдар арасында меланома ең көп таралған қатерлі ісік болып табылады. 1981 жылы Ричард Долл мен Ричард Петоның жүргізген адамдарға қатысты эпидемиологиялық талдауы АҚШ-та қатерлі ісіктердің 30% темекі тартумен байланысты екенін көрсетті. Диета да қатерлі ісіктердің көптеген түрлеріне себеп болады деп есептеледі және диетаны өзгерту арқылы қатерлі ісіктен болатын өлімнің шамамен 32% алдын алуға болады деп бағаланады. Тағамда анықталған мутагендерге саңырауқұлақтармен ластанған тағамдардағы микотоксиндер (мысалы, ластанған жержаңғақ пен жүгерідегі афлатоксиндер), жоғары температурада пісірілген етте пайда болатын гетероциклді аминдер, күйген ет пен темекіленген балықтағы полициклді ароматты көмірсулар (ПАҚ), сондай-ақ майлар, нан және дәнді дақылдардағы ПАҚ, бекон сияқты емделген етте тамақ консерванттары ретінде қолданылатын нитриттерден пайда болатын нитрозаминдер жатады (әйтсе де, емделген етке қосылатын аскорбат нитрозаминнің түзілуін азайтады). Шамадан тыс алкоголь тұтыну да қатерлі ісіктермен байланысты; оның канцерогенділігінің ықтимал механизмдеріне мутагенді ацетальдегидтің түзілуі және цитохром P450 жүйесінің индукциясы жатады, ол промутагендерден мутагенді қосылыстарды өндіреді. Кейбір мутагендер үшін, мысалы, қауіпті химиялық заттар мен радиоактивті материалдар, сондай-ақ қатерлі ісікке себеп болатын жұқпалы агенттер үшін оларды бақылау үшін мемлекеттік заңнамалар мен реттеуші органдар қажет.

Other chemicals may reduce mutagenesis or prevent cancer via other mechanisms, although for some the precise mechanism for their protective property may not be certain. Selenium, which is present as a micronutrient in vegetables, is a component of important antioxidant enzymes such as gluthathione peroxidase. Many phytonutrients may counter the effect of mutagens; for example, sulforaphane in vegetables such as broccoli has been shown to be protective against prostate cancer. Others that may be effective against cancer include indole 3 carbinol from cruciferous vegetables and resveratrol from red wine. An effective precautionary measure an individual can undertake to protect themselves is by limiting exposure to mutagens such as UV radiations and tobacco smoke. In Australia, where people with pale skin are often exposed to strong sunlight, melanoma is the most common cancer diagnosed in people aged 15–44 years. In 1981, human epidemiological analysis by Richard Doll and Richard Peto indicated that smoking caused 30% of cancers in the US. Diet is also thought to cause a significant number of cancer, and it has been estimated that around 32% of cancer deaths may be avoidable by modification to the diet. Mutagens identified in food include mycotoxins from food contaminated with fungal growths, such as aflatoxins which may be present in contaminated peanuts and corn; heterocyclic amines generated in meat when cooked at high temperature; PAHs in charred meat and smoked fish, as well as in oils, fats, bread, and cereal; and nitrosamines generated from nitrites used as food preservatives in cured meat such as bacon (ascorbate, which is added to cured meat, however, reduces nitrosamine formation). Excessive alcohol consumption has also been linked to cancer; the possible mechanisms for its carcinogenicity include formation of the possible mutagen acetaldehyde, and the induction of the cytochrome P450 system which is known to produce mutagenic compounds from promutagens. For certain mutagens, such as dangerous chemicals and radioactive materials, as well as infectious agents known to cause cancer, government legislations and regulatory bodies are necessary for their control.

Сынау жүйелері

Көптеген мутагенді анықтау жүйелері әзірленді. Жануарлар жүйелері адам метаболизмін дәлірек көрсетуі мүмкін, алайда олар қымбатқа соғады және көп уақытты қажет етеді (толық аяқталуына шамамен үш жыл уақыт кетеді), сондықтан мутагенділік немесе канцерогенділік бойынша алғашқы тексеру ретінде қолданылмайды.

Бактериялық

Аймс сынағы – Бұл ең көп қолданылатын сынақ, және осы сынақта гистидин биосинтезіне қабілетсіз Salmonella typhimurium штаммдары қолданылады. Сынақ, бастапқы жағдайға қайта оралатын мутанттарды анықтайды. Бұл мутагендерді анықтау үшін оңай, арзан және ыңғайлы бастапқы скрининг. S. typhimurium-де 8-азагуанинге төзімділік – Аймс сынағына ұқсас, бірақ кері мутацияны тексерудің орнына, гистидинге селекцияланған штаммда 8-азагуанинге төзімділікті қамтамасыз ететін алға бағытталған мутацияны тексереді. Escherichia coli жүйелері – Алға және кері мутацияны анықтау жүйелері E. coli үшін бейімделген. Кері мутация үшін триптофанға қажетті мутант қолданылады, ал алға бағытталған мутация үшін галактозаны пайдалану немесе 5-метилтриптофанға төзімділік пайдаланылуы мүмкін. ДНК жөндеу – ДНК жөндеуі бұзылған E. coli және Bacillus subtilis штаммдары мутагендерді осы жасушалардың ДНК зақымдануы арқылы өсуіне тигізетін әсері арқылы анықтау үшін қолданылуы мүмкін.

Ашытқы

Аймс тестіне ұқсас жүйелер ашытқыда жасалған. Әдетте, *Saccharomyces cerevisiae* қолданылады. Бұл жүйелер тікелей және кері мутацияларды, сондай-ақ рекомбинациялық оқиғаларды анықтауға мүмкіндік береді.

Дрозофила

Жынысқа байланысты рецессивті летальді тест – Бұл тестте сары денелі штаммнан алынған аталар қолданылады. Сары денеге жауапты ген Х хромосомасында орналасқан. Жеміс шырыны құрттары сынақ заттарымен қоректендіріледі, ал ұрпақтары жынысына қарай бөлінеді. Тірі қалған аталықтар сол буынның аналықтарымен будандастырылады. Егер екінші буында сары денелі аталықтар табылмайтын болса, онда Х хромосомасында өлімге әкелетін мутация болған дегенді білдіреді.

Өсімдіктердегі сынақтар

Zea mays, Arabidopsis thaliana және Tradescantia сияқты өсімдіктер химиялық заттардың мутагендігін анықтау үшін әртүрлі сынақтарда қолданылған.

Ұяшық мәдениетінің сынағы

Мутагенезді тексеру үшін мыстың V79 жасушалары, қытай хомягының жұмыртқа жасушалары (CHO) немесе егеуқұйрық лимфома жасушалары сияқты сүтқоректі жасушаларының желілерін пайдалануға болады. Мұндай жүйелерге 8-азагуанин немесе 6-тиогуанинге төзімділік үшін HPRT сынағы және оуабаинге төзімділік (OUA) сынағы кіреді. ДНК зақымдануынан кейін ДНК-ның қалпына келуін өлшеу үшін егеуқұйрықтың бастапқы гепатоциттерін де қолдануға болады. Мутагендер жоспарланбаған ДНК синтезін күшейтеді, нәтижесінде мутагенге ұшыраған жасушаларда ядролық материалдың боялуы артады.

Хромосомалық тексеру жүйелері

Бұл жүйелер хромосомалардың ірі масштабты өзгерістерін тексеріп, жасуша мәдениетінде немесе жануарлар үстіндегі сынақтарда қолданылуы мүмкін. Хромосомаларға бояу жағылып, кез келген өзгеріс байқалады. Қонша хроматидтер алмасуы – бұл әпке хроматидтер арасындағы хромосомалық материалдың симметриялық алмасуы және химиялық заттың мутагендік немесе канцерогендік потенциалымен байланысты болуы мүмкін. Микроядролық тестте жасушалар микроядроларға тексеріледі, бұл анафаза кезінде қалған хромосома фрагменттері немесе хромосомалар болып табылады, сондықтан бұл хромосомалық үзілуге әкелетін кластогендік факторларды анықтауға арналған тест. Басқа тесттер хроматидтер мен хромосомалық үзілістер, жойылулар, транслокациялар және плоидия сияқты әртүрлі хромосомалық аберрацияларды тексеруге мүмкіндік береді.

Жануарлармен сынақ жүйелері

Көгершіндер әдетте жануарлар сынағында қолданылады. Сыналатын химиялық заттар көбінесе тамақ пен ішу суы арқылы, кейде теріге жағу, асқазанға енгізу немесе ингаляция арқылы беріледі және көгершіндердің өмір сүру мерзімінің басым бөлігінде жүргізіледі. Ісік тудыратын заттарды тексеру үшін сынақтарда ең жоғары қабылданатын доза бірінші кезекте анықталады, содан кейін шамамен 50 жануарға екі жылдық өмір сүру ұзақтығы бойына дозалардың диапазоны беріледі. Өлгеннен кейін жануарлар ісік белгілеріне тексеріледі. Алайда, егешқұйрық және адам арасындағы метаболизмнің айырмашылығы адамдар мутагенге дәл сол сияқты жауап бермейтінін білдіреді, ал жануарлар сынағында ісіктерді тудыратын дозалар адам үшін тым жоғары болуы мүмкін, яғни адамда ісіктерді тудыруға қажетті эквивалентті мөлшер нақты өмірде кездесетін мөлшерден әлдеқайда көп болуы мүмкін. Көрінетін фенотипке рецессивті мутациялары бар егешқұйрықтарды да мутагендерді тексеру үшін қолдануға болады. Рецессивті мутациясы бар ұрғашы егешқұйрықтар жабайы типтегі еркектермен будандастырылғанда жабайы типтегіге ұқсас фенотипті тудырады, ал фенотипте байқалатын кез келген өзгеріс мутагеннің әсерінен мутацияның пайда болғанын көрсетеді. Егешқұйрықтар ерте эмбриондық өлімді бақылайтын доминантты летальді сынақтарда да қолданылуы мүмкін. Еркек егешқұйрықтар сынақтан өтетін химиялық заттармен өңделеді, ұрғашы егешқұйрықтармен жұптасады, содан кейін ұрғашы егешқұйрықтар босанғанға дейін өлтіріледі және жатырдың мүйіздеріндегі ерте эмбриондық өлімдер саналады. Вирустық шатл векторымен жұқтырылған егешқұйрық штаммын пайдаланатын трансгендік егешқұйрық сынағы мутагендерді тексерудің тағы бір әдісі болып табылады. Алдымен жануарлар күдікті мутагенмен өңделеді, содан кейін егешқұйрықтың ДНК-сы бөлінеді, фаг сегменті қалпына келтіріледі және E. coli инфекциясын жұқтыру үшін қолданылады. Көк-ақ скрининг сияқты әдіс қолданыла отырып, мутацияны қамтитын ДНК-мен қалыптасқан плактар ақ, ал мутациясыз плактар көк болады.

Ракқа қарсы терапияда

Көптеген мутагендер тез көбейіп жатқан жасушалар үшін өте улы және олар көбінесе қатерлі ісік жасушаларын жою үшін қолданылады. Химиотерапияда циклофосфамид және цисплатин сияқты алкилдеуші заттар, сондай-ақ даунорубицин және доксорубицин сияқты интеркаляциялаушы заттар қолданылуы мүмкін. Дегенмен, олар басқа да қарқынды бөлінетін жасушаларға да әсер ететіндіктен, шаш түсіру және құсу сияқты қосымша әсерлерге алып келуі мүмкін. Жақсырақ бағытталған емдеу әдістерін зерттеу мұндай қосымша әсерлерді азайтуға көмектеседі. Иондаушы сәулелер сәулелік терапияда қолданылады.

Көркем шығармаларда

Ғылыми фантастикада мутагендер көбінесе қабылдаушының түрін толығымен өзгерте алатын немесе оларға үстер күштер сыйлайтын заттар ретінде көрсетіледі. Marvel Comics комикстерінің Fantastic Four, Daredevil және Hulk супербатырлары үшін күшті сәулелену мутацияға себеп болатын фактор, ал Teenage Mutant Ninja Turtles франшизасында мутаген "ooze" деп аталатын химиялық зат, ал Inhumans үшін мутаген – Terrigen Mist. Мутагендер Cyberia, System Shock, The Witcher, Metroid Prime: Trilogy, Resistance: Fall of Man, Resident Evil, Infamous, Freedom Force, Command & Conquer, Gears of War 3, StarCraft, BioShock, Fallout, Underrail және Maneater сияқты бейне ойындарда да қолданылады. 1950 жылдардағы "ядролық монстр" фильмдерінде ядролық сәулелену адамдар мен кәдімгі жәндіктерді көбінесе үлкен өлшемге және қатігездікке дейін өзгертеді; осы фильмдердің қатарында Годзилла, Them!, 50 футтық әйелдің шабуылы, Тарантула! және Ғажайып алып адам фильмдері бар.