جهش سلولی: اشتباه کوچک، پیامدهای بزرگ
سلولها: واحدهای ساختمانی زنده و در حال تقسیم
همهٔ موجودات زنده، از کوچکترین باکتری تا درختان غولپیکر و بدن انسان، از واحدهای ریزی به نام سلول ساخته شدهاند. این سلولها برای رشد، ترمیم بافتهای آسیبدیده و جایگزینی سلولهای پیر، دائماً در حال تقسیم شدن و تولید سلولهای جدید هستند. فرآیند تقسیم سلولی مانند یک دستورالعمل دقیق و مرحلهبهمرحله است که در آن یک سلول به دو سلول کاملاً یکسان تبدیل میشود. اما گاهی اوقات، در هنگام کپیبرداری از این دستورالعملها یا بهدلیل عوامل مخرب، اشتباهی رخ میدهد. این اشتباه، همان جهش است.
تصور کنید سلول مانند یک کتابخانه بزرگ از کتابهای دستورالعمل (ژن) است. هر کتاب (ژن)، روش ساخت یک قطعه یا انجام یک کار خاص در سلول را توضیح میدهد. کل این کتابخانه، ژنوم2 نام دارد. هنگام تقسیم، سلول باید از تمام این کتابها یک کپی دقیق تهیه کند تا به هر سلول دختر یک مجموعه کامل برسد. اگر در هنگام کپیبرداری، یک حرف (نوکلئوتید) جا به جا شود، حذف گردد یا اضافه شود، معنای آن دستورالعمل ممکن است عوض شود. برای مثال، اگر در دستور پخت کیک، به جای «یک 100 گرم شکر»، به اشتباه «یک 10 گرم شکر» نوشته شود، نتیجه کاملاً متفاوت خواهد بود.
انواع جهش: از تغییر حرف تا جابجایی کل فصلها
جهشها بر اساس اندازه و نوع تغییری که در DNA ایجاد میکنند، دستهبندی میشوند. برخی کوچک و برخی بسیار بزرگ هستند.
| نوع جهش | توضیح ساده | مثال (دستورالعمل کپی شده) | پیامد محتمل |
|---|---|---|---|
| جایگزینی | تعویض یک حرف با حرف دیگر | اصل: GAT جهش: GCT |
ممکن است پروتئین3 تغییری نکند یا عملکردش مختل شود. |
| حذف | از دست رفتن یک یا چند حرف | اصل: GAT TAC جهش: GA_ TAC |
خواندن کل دستور بعد از نقطه حذف بههم میریزد. اغلب جدی است. |
| درج یا افزودن | اضافه شدن یک یا چند حرف اضافی | اصل: GAT TAC جهش: GAT CTA C |
مانند حذف، باعث بههمریختگی خواندن میشود. |
| جابجایی کروموزومی4 | تبدیل یا اتصال بخشهای بزرگ بین کروموزومها | تعویض یک فصل کامل بین دو کتاب مختلف | میتواند منجر به تولید پروتئینهای ترکیبی جدید و خطرناک شود. |
علل جهش: چه چیزهایی ماشین کپیبرداری را به خطا میاندازد؟
جهشها میتوانند به دلایل مختلفی رخ دهند. برخی کاملاً طبیعی و برخی ناشی از عوامل خارجی هستند.
۱. خطاهای خودبهخودی: ماشینآلات سلولی که مسئول کپیبرداری از DNA هستند، گاهی مرتکب اشتباه میشوند. این مانند تایپیستی است که با وجود دقت بالا، گاهی یک حرف را اشتباه تایپ میکند. سلول سیستمهای تصحیح خطا دارد، اما این سیستمها نیز کامل نیستند.
۲. عوامل فیزیکی: پرتوهای پرانرژی مانند پرتو فرابنفش (UV) خورشید یا پرتوهای ایکس میتوانند به ساختار DNA آسیب بزنند و پیوند بین حروف را بشکنند. به همین دلیل است که استفاده از کرم ضدآفتاب برای جلوگیری از آسیب پوستی و جهش در سلولهای پوست مهم است.
۳. عوامل شیمیایی: بسیاری از مواد شیمیایی، از جمله برخی موجود در دود سیگار (بنزپیرن) یا بعضی آلایندههای محیطی، میتوانند با DNA واکنش داده و ساختار آن را تغییر دهند. این مواد موتاژن5 نامیده میشوند.
۴. عوامل بیولوژیکی: برخی ویروسها میتوانند ماده ژنتیکی خود را وارد DNA سلول میزبان کنند و آن را تغییر دهند. ویروس پاپیلومای انسانی (HPV) نمونهای از این ویروسهاست.
از جهش تا سرطان: وقتی کنترل تقسیم سلول از دست میرود
یکی از جدیترین پیامدهای جهشهای خاص، ایجاد سرطان است. سرطان اساساً یک بیماری تقسیم سلولی کنترلنشده است. سلولهای طبیعی به دقت تقسیم میشوند و در زمان مناسب رشد خود را متوقف میکنند یا اگر آسیب زیادی ببینند، دست به خودکشی برنامهریزیشده (آپوپتوز6) میزنند. این کنترل توسط ژنهای خاصی انجام میشود.
- ژنهای پیشبرنده تومور (Oncogenes): مانند پدال گاز ماشین هستند. جهش در این ژنها میتواند آنها را همیشه «روشن» کند و به سلول دستور دهد بیوقفه تقسیم شود.
- ژنهای مهارکننده تومور (Tumor Suppressor Genes): مانند ترمز ماشین هستند. کارشان متوقف کردن تقسیم سلول و ترمیم DNA یا القای آپوپتوز است. اگر این ژنها به دلیل جهش از کار بیفتند، ترمز از کار میافتد.
برای تبدیل شدن یک سلول طبیعی به سلول سرطانی، معمولاً نیاز به تجمع چندین جهش در ژنهای کلیدی کنترلکننده رشد است. این فرآیند میتواند سالها طول بکشد. به عنوان مثال، قرارگیری مکرر در معرض نور خورشید (پرتو UV) میتواند بهمرور زمان باعث جهش در ژنهای کنترلکننده رشد سلولهای پوست شود. اگر این جهشها در ژنهای پدال گاز و ترمز تجمع کنند، ممکن است منجر به سرطان پوست شوند.
جستجو برای یافتن و ترمیم خطاها: سیستمهای نظارتی سلول
سلول در برابر این خطاها بیدفاع نیست. سیستمهای پیچیدهای برای ترمیم DNA وجود دارند که دائماً در حال بررسی و اصلاح اشتباهات هستند. برای مثال، سیستم «ترمیم برش نوکلئوتید»7، بخش آسیبدیده DNA توسط پرتو UV را شناسایی، برش و با استفاده از رشته سالم مقابل، دوباره میسازد. اما اگر آسیب بیش از حد زیاد باشد یا سیستم ترمیم خودش معیوب باشد (به دلیل جهش!)، اشتباهات باقی میمانند و به نسل بعدی سلولها منتقل میشوند.
درمانهای مدرن سرطان مانند برخی داروهای شیمیدرمانی یا پرتودرمانی، عمداً به DNA سلولهای در حال تقسیم سریع (مانند سلولهای سرطانی) آسیب میزنند تا سیستم ترمیم آنها از پا درآید و سلول بمیرد. دانشمندان همچنین در حال توسعه داروهای هدفمندی هستند که تنها به سلولهای دارای جهشهای خاص حمله کنند.
نقش جهش در تکامل و بیماریهای ارثی
جهشهایی که در سلولهای تولیدمثلی (اسپرم و تخمک) رخ میدهند، میتوانند به نسل بعد منتقل شوند. این جهشهای ارثی، پایه بسیاری از بیماریهای ژنتیکی مانند فیبروز سیستیک یا هموفیلی هستند. در مقابل، جهشهای اکتسابی در سلولهای معمولی بدن رخ میدهند و به ارث نمیرسند؛ مانند بیشتر جهشهای منجر به سرطان.
از منظر کلیتر و در مقیاس زمانی تکاملی، جهشها منبع ایجاد تنوع ژنتیکی در جمعیتهای موجودات زنده هستند. اگر جهشی در یک محیط خاص مزیت بقا و تولیدمثل به فرد بدهد (مثل خز ضخیمتر در آبوهوای سرد)، با گذشت نسلهای متمادی در جمعیت شایعتر میشود. این مکانیسم، نیروی محرکه فرگشت (تکامل) توسط انتخاب طبیعی است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. اکثر جهشها یا بیاثر هستند یا تأثیر بسیار جزئی دارند. سرطان نتیجه تجمع چندین جهش خاص در ژنهای کنترلکننده تقسیم سلولی است. سلولهای ما روزانه در معرض آسیبهای بالقوه زیادی قرار میگیرند، اما سیستمهای ترمیمی قدرتمند و مکانیسمهای کنترلی، از تبدیل شدن هر سلول آسیبدیده به سلول سرطانی جلوگیری میکنند.
پاسخ: جلوگیری کامل غیرممکن است، زیرا خطاهای خودبهخودی بخشی از فرآیندهای زیستی هستند. اما میتوانیم خطر جهشهای اکتسابی ناشی از عوامل محیطی را به شدت کاهش دهیم: استفاده از ضدآفتاب، اجتناب از سیگار و دود آن، رژیم غذایی سالم سرشار از آنتیاکسیدان، پرهیز از پرتوگیری غیرضروری (مثل پرتو ایکس) و کاهش مواجهه با آلایندههای شیمیایی شناختهشده.
پاسخ: جهش در سلولهای سوماتیک8 (تمام سلولهای بدن به جز اسپرم و تخمک) فقط بر فرد تأثیر میگذارد و به فرزندان منتقل نمیشود. اما جهش در سلولهای جنسی (گامتها) میتواند به نسل بعد منتقل شود و در تمام سلولهای بدن فرزند وجود خواهد داشت. بنابراین، جهشهای سلول جنسی پایهای برای بیماریهای ارثی و همچنین تنوع تکاملی هستند.
پاورقی
1 جهش سلولی (Cellular Mutation)
2 ژنوم (Genome): تمام ماده ژنتیکی یک موجود زنده.
3 پروتئین (Protein): مولکولهای درشتی که بر اساس دستور ژنها ساخته میشوند و کارکردهای مختلفی در سلول دارند.
4 کروموزوم (Chromosome): ساختارهای فشردهشدهای از DNA و پروتئین که ژنها روی آنها قرار دارند.
5 موتاژن (Mutagen): عاملی که باعث افزایش نرخ جهش میشود.
6 آپوپتوز (Apoptosis): مرگ برنامهریزیشده سلول، یک فرآیند طبیعی و کنترلشده.
7 ترمیم برش نوکلئوتید (Nucleotide Excision Repair - NER).
8 سلولهای سوماتیک (Somatic Cells).
