Sostanze mutagene e test di mutagenesi

Le mutazioni genetiche riguardano modifiche stabili ed ereditabili del materiale genetico di un organismo, quindi del DNA o dell’ RNA.

 Le mutazioni possono essere sia spontanee che indotte da agenti mutageni. Proprio grazie alla casualità degli eventi mutazionali e al fatto che un genotipo modificato può a sua volta cambiare un fenotipo, si ha l’importantissimo fenomeno dell’evoluzione. Cioè, grazie alla variabilità genetica, determinata appunto dalle mutazioni, si ha che gli organismi viventi differiscono tra loro per più caratteri e l’ambiente naturale seleziona, quindi promuove, le mutazioni più favorevoli. Le mutazioni però sono, per la maggior parte dei casi, deleterie, talvolta addirittura letali. Gli organismi hanno così sviluppato dei meccanismi che intervengono nella riparazione del DNA, riducendo notevolmente il tasso di mutazione.

Gli agenti mutageni possono essere sia fisici (radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza) che chimici (analoghi delle basi, reattivi degli acidi nucleici, agenti intercalanti). Possono provocare mutazioni cromosomiche strutturali, cromosomiche numeriche o geniche, in tutti gli organismi viventi.

Le mutazioni cromosomiche strutturali riguardano alterazioni nella struttura cromosomica, avvengono per perdita, traslocazione, inversione, o duplicazione di parti del cromosoma dopo una sua rottura.

Le mutazioni cromosomiche numeriche consistono in variazioni di interi assetti cromosomici o di parte di essi. Nel primo caso si parla di poliploidia nel secondo di aneuploidia. Le mutazioni geniche riguardano cambiamenti nella sequenza genica per delezioni, sostituzioni, inserzioni o duplicazioni.

 Le mutazioni che avvengono nelle cellule somatiche non si trasmettono ai discendenti, ma queste, e i relativi effetti, saranno presenti in tutte le cellule da essa derivate per mitosi. Queste mutazioni possono rendere le cellule maligne e provocare il cancro e malformazioni.

Le mutazioni che avvengono nelle cellule germinali degli organismi pluricellulari possono essere ritrovate nelle generazioni successive e possono provocare malattie genetiche ereditarie.

I test di mutagenesi consentono di misurare l’alterazione genetica provocata da mutageni di varia natura, indicano la genotossicità di un agente o di una miscela di agenti a cui l’organismo indicatore è stato sottoposto. L’ideatore di questi test di mutagenesi fu il genetista Thomas Hunt Morgan con i suoi studi, a partire dagli anni ’10 del secolo scorso, su Drosophila Melanogaster (il moscerino della frutta).

I test di mutagenesi in vitro sono compiuti su cellule o tessuti;  i test in vivo su interi organismi. La capacità di provocare mutazioni è spesso associata alla capacità di provocare cancro: per questo molti test hanno lo scopo di valutare la cancerogenicità di un agente valutandone la mutagenicità. Bisogna però precisare che non tutti i mutageni sono anche cancerogeni (così come non tutti i cancerogeni sono mutageni).

I risultati dei test di mutagenesi permettono di avere un data base conoscitivo della mutagenicità di una sostanza o dell’area a cui le popolazioni sono a vario titolo esposte.

Esistono numerosi saggi, date le diverse possibili alterazioni del DNA, che possono essere a lungo o a breve termine. I primi prevedono studi su individui nel medio-lungo periodo o studi epidemiologici. I secondi possono fornire risultati in poche ore e spesso hanno costi economici contenuti. Il campione può essere utilizzato tal quale anche se nulla vieta che sia più concentrato; inoltre questi test di mutagenesi a breve termine possono essere eseguiti in vitro (microrganismi, linee cellulari di mammifero, cellule ex vivo) e in vivo (uso di bioindicatori).

A titolo di esempio riporto, tra i test di mutagenesi a breve termine, quelli che si basano sull’individuazione di micronuclei nelle cellule del campione da analizzare.

I micronuclei sono piccoli nuclei accessori che si ritrovano nel citoplasma delle cellule che hanno subito un danno cromosomico, spontaneo o indotto: essi appaiono morfologicamente identici al nucleo principale ma di dimensioni ridotte ed hanno anch’essi membrana nucleare. Sono espressione sia di eventi di rottura (meccanismo clastogeno) che di perdita cromosomica (meccanismo aneuploidogeno). Infatti, sia frammenti cromosomici privi del centromero, sia cromosomi interi in ritardo migratorio durante l’anafase, non riuscendo ad essere inglobati nei due nuclei di nuova formazione, sono in grado di formare micronuclei. Il numero dei micronuclei da indicazioni sulla dose assorbita e dall’analisi molecolare del contenuto si risale al tipo di danno provocato dall’agente mutageno.

E’ possibile effettuare dei test di mutagenesi su matrici ambientali (aria, acqua, suolo) per valutare il potere mutageno di un intero ambiente. Tali test infatti accompagnano i test chimici nel monitoraggio di ambienti che hanno subito forte antropizzazione, e in generale ambienti a rischio, come aree florovovaistiche, ad agricoltura intensiva (luoghi dove è elevato l’uso di pesticidi), aree vicino a discariche ecc.

Una delle cose interessanti ricavate analizzando i risultati dei test di mutagenesi è l’evidente variabilità e complessità degli organismi viventi impiegati che può rendere a volte difficile l’interpretazione dei risultati. Infatti, tali test sono effettuati con un certo numero di individui scelti casualmente e che, pur se esposti al campione da analizzare in presenza delle stesse condizioni, possono mostrare un’ampia variabilità di risposta, discostandosi pertanto molto da un valore medio.

Dai risultati dei test di mutagenesi emerge anche l’intricata relazione esistente tra un sistema che subisce pressioni  e gli inquinanti in esso dispersi, con la possibilità che si realizzino interazioni fra inquinanti potenzialmente mutageni oppure una loro somma. Naturalmente le due situazioni possono verificarsi contemporaneamente e in misura variabile.  Ciò appare ancor più evidente quando il sistema analizzato è di per sé complesso.

Nonostante la talvolta difficile interpretazione dei risultati, l’uso dei test di mutagenesi resta sempre di utile impiego in moltissimi studi.

Cellule vegetali colorate con il metodo Feulgen, sono visibili micronuclei nel citoplasma.

 Fonti:

Grover IS., Dhingra AK., Neeta A., Ladhar SS. (1990). Genotoxicity of pesticides and plant systems. In: Mendelsohn L.M., Albertini R.J. (eds) (Mutuation and the Environment”, Part E, Wiley-Liss, New York, pp 91 106

ARORA O.P., SHASH V.C., RAO SRV. (1969). Studies on micronuclei induced by mitomycin-C in the root cells of Vicia faba. Exp. Cell. Res. 56: 443-448.

MA T. H., Z. XU, C. XU. H. Mc CONNED, E. U. RABAGO, G. A. ARREOLA, H. ZHANG. The improved Allium/Vicia root tip micronucleus assay for clastogenicity of envoronmental pollutants. Mutat. Res 334 (1995) 185-195.

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