สารก่อกลายพันธุ์

สารก่อกลายพันธุ์ (อังกฤษ: mutagen) คือสารที่สามารถเปลี่ยนสารพันธุกรรม โดยเฉพาะดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตและเพิ่มความถี่ของการกลายพันธุ์จนเกินระดับปกติ การกลายพันธุ์หลายแบบก่อให้เกิดโรคมะเร็ง สารก่อกลายพันธุ์จึงมักถูกจัดอยู่ในกลุ่มสารก่อมะเร็ง อย่างไรก็ตาม สารก่อกลายพันธุ์บางชนิด เช่น โซเดียมอะไซด์ไม่ก่อให้เกิดโรคมะเร็ง^[1] การกลายพันธุ์ที่ไม่ได้เกิดจากสารก่อกลายพันธุ์เรียกว่า "การกลายพันธุ์แบบเกิดเอง" (spontaneous mutations) ซึ่งเกิดได้จากความผิดพลาดของกระบวนการไฮโดรไลซิส การถ่ายแบบดีเอ็นเอและการรวมกลุ่มใหม่ของยีน

สัญลักษณ์สากลสำหรับสารก่อกลายพันธุ์, สารก่อมะเร็งและสารพิษต่อระบบสืบพันธุ์

การค้นพบสารก่อกลายพันธุ์

สารก่อกลายพันธุ์กลุ่มแรกที่มีการบ่งชี้คือ สารก่อมะเร็ง ซึ่งก่อให้เกิดความผิดปกติหลายอย่างเช่น เนื้องอก มีการพูดถึงเนื้องอกมานานกว่า 2,000 ปีก่อนมีการค้นพบโครโมโซมและดีเอ็นเอ เมื่อ 500 ปีก่อนคริสตกาล ฮิปพอคราทีส แพทย์ชาวกรีกโบราณเรียกเนื้องอกว่า karkinos (แปลว่า "ปู") ต่อมาคำนี้เป็นที่มาของคำว่ามะเร็ง (cancer)^[2] ในปี ค.ศ. 1567 แพราเซลซัส แพทย์ชาวสวิสพบว่ามีสารที่ทำให้คนงานเหมืองป่วย (ต่อมาสารดังกล่าวคือ แก๊สเรดอน)^[3] ในปี ค.ศ. 1761 จอห์น ฮิลล์ นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษเป็นคนแรกที่เชื่อมโยงมะเร็งกับสารเคมี โดยยกตัวอย่างยานัตถุ์ที่ก่อให้เกิดมะเร็งโพรงจมูก^[4] ในปี ค.ศ. 1775 เซอร์เพอร์ซิวอลล์ พอตต์ ศัลยแพทย์ชาวอังกฤษ ออกรายงานอุบัติการณ์ของโรคมะเร็งอัณฑะในคนงานทำความสะอาดปล่องควัน โดยชี้ว่าเขม่าควันในปล่องเป็นสาเหตุของโรคมะเร็งอัณฑะ^[5] ในปี ค.ศ. 1915 ยะมะงะวะและอิชิคะวะทดลองใช้น้ำมันดินถ่านหินกับกระต่ายจนพบมะเร็งอย่างร้าย ต่อมาพบว่าสารก่อมะเร็งในน้ำมันดินถ่านหินคือ เบนโซเอไพรีน ซึ่งเป็นสารกลุ่มโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAHs) ที่พบในเขม่าควันในปล่องควันด้วย^[3][6]

คุณสมบัติของสารก่อกลายพันธุ์ถูกพูดถึงครั้งแรกในปี ค.ศ. 1927 เมื่อเฮอร์มันน์ โจเซฟ มุลเลอร์ค้นพบว่ารังสีเอ็กซ์ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ของยีนในแมลงวันทอง^[7] ในปีต่อมา ลิวอิส สแตดเลอร์ค้นพบว่ารังสีเอ็กซ์มีผลต่อการกลายพันธุ์ในข้าวบาร์เลย์^[8] และรังสีอัลตราไวโอเลตในข้าวโพด^[9]

การบ่งชี้สารก่อกลายพันธุ์เริ่มในทศวรรษที่ 1940 เมื่อชาร์ล็อตต์ เอาเออร์บัคและเจ. เอ็ม. ร็อบสันพบว่าก๊าซมัสตาร์ดก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ในแมลงวันทอง^[10] เมื่อมีการคิดค้นการทดสอบเอมส์โดยบรูซ เอมส์ สารหลายชนิดถูกนำไปทดสอบจนพบว่า 90% ของสารก่อมะเร็งในสมัยนั้นเป็นสารก่อกลายพันธุ์ (รายงานภายหลังพบว่ามีค่าลดลง)^[11][12][13] และประมาณ 80% ของสารก่อกลายพันธุ์ก็ก่อให้มะเร็งด้วยเช่นกัน^[13][14] อย่างไรก็ตาม สารก่อกลายพันธุ์ไม่ได้ก่อให้เกิดโรคมะเร็งเสมอไป

ผลกระทบ

บทความหลัก: มิวทาจีเนซิส

สารก่อกลายพันธุ์มีผลต่อการสร้างและการถ่ายแบบดีเอ็นเอและนำไปสู่การกลายพันธุ์หลายแบบ เช่น ทำให้อวัยวะหรือระบบสูญเสียหน้าที่ ทำให้เกิดมะเร็ง ทำให้ลำดับดีเอ็นเอผิดปกติ สารก่อกลายพันธุ์ชนิดแคลสโตเจน (clastogen) ทำให้โครโมโซมไม่เสถียร^[15] นำไปสู่ความผิดปกติของโครโมโซมเช่น การสับเปลี่ยน การหลุดหาย สารก่อกลายพันธุ์ชนิดแอนิวเจน (aneugen) ก่อให้เกิดความผิดปกติที่เรียกว่า แอนิวพลอยดี (aneuploidy) ซึ่งเป็นความผิดปกติของจำนวนโครโมโซม

ประเภทของสารก่อกลายพันธุ์

ทางกายภาพ

• รังสีก่อไอออน เช่น รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา อนุภาคแอลฟา แหล่งที่พบทั่วไปคือ โคบอลต์-60 และซีเซียม-137
• รังสีอัลตราไวโอเลต ที่มีความยาวคลื่นเกินกว่า 260 นาโนเมตร
• การสลายให้กัมมันตรังสี

ทางเคมี

• รีแอคทีฟออกซิเจนสปีชีส์ (ROS)
• สารก่อการขจัดหมู่อะมิโน
• โพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAHs)
• สารก่อการถ่ายโอนหมู่แอลคิล
• อะโรมาติกเอมีน
• แอลคาลอยด์
• โบรมีน
• โซเดียมอะไซด์
• โซราเลน
• เบนซีน
• เบสแอนะล็อก
• สารอินเตอร์เคเลชัน

ทางชีวภาพ

• ทรานส์โพซอน
• ไวรัส เช่น ไวรัสซาร์โคมาเราส์
• แบคทีเรีย เช่น Helicobacter pylori

การป้องกัน

สารต้านอนุมูลอิสระเป็นกลุ่มสารต้านการก่อมะเร็งที่พบในผักและผลไม้^[16] ตัวอย่างของสารต้านอนุมูลอิสระได้แก่ วิตามินเอ วิตามินอี โพลีฟีนอล วิตามินซีช่วยยับยั้งการเกิดสารประกอบไนโตรซามีนที่ก่อให้เกิดมะเร็ง ฟลาโวนอยด์มีคุณสมบัติต้านมะเร็ง สารอื่น ๆ เช่น อินโดล-3-คาร์บินอลในพืชวงศ์ผักกาด เรสเวราทรอลในไวน์แดงและซัลฟอราเฟนในบรอคโคลีก็ช่วยป้องกันโรคมะเร็งเช่นกัน^[17]