Una mutación es un cambio raro, accidental o inducido de información genética (secuencia de ADN o ARN ) en el genoma .
Dependiendo de la parte del genoma afectada, las consecuencias de una mutación pueden variar. Se dice que una mutación es hereditaria si la secuencia genética mutada se transmite a la siguiente generación (ver mutaciones de la línea germinal). Es uno de los elementos de la biodiversidad y uno de los muchos factores que posiblemente pueden participar en la evolución de la especie.
Podemos distinguir varios tipos de mutaciones.
Se dice que una mutación es sexual cuando se trata de un cromosoma sexual, por ejemplo, X / Y en mamíferos o W / Z en aves. Se dice que una mutación es autosómica cuando afecta a un cromosoma distinto de los cromosomas sexuales .
Se dice que una mutación es puntual cuando afecta a uno o más nucleótidos del mismo gen.
Mutaciones de sustituciónLas inserciones y deleciones son mutaciones décalantes , y son los dos tipos de mutaciones llamadas indels o frame-shift . La adición o eliminación de nucleótidos no múltiples de 3 provocará un cambio en el marco de lectura del código genético . En el momento de la traducción , esto generará con mayor frecuencia una proteína truncada por la aparición de un codón de parada prematuro.
Se trata de una gran cantidad de nucleótidos en el ADN, por lo que la mutación es observable al hacer un cariotipo : duplicación, translocación, inversión, deleción, inserción.
También puede ser una pérdida o ganancia de cromosomas: trisomía , monosomía , aneuploidía .
Estas mutaciones evolucionan de una generación a otra, corresponden a repeticiones importantes de ciertos tripletes a nivel de ADN (CAG y GGG). Se encuentran en ciertas enfermedades genéticas ( síndrome de X frágil , distrofia miotónica de Steinert , corea de Huntington ).
En animales multicelulares , las mutaciones de la línea germinal pueden transmitirse a la descendencia, a diferencia de las mutaciones somáticas .
Las mutaciones naturales son aleatorias, pero su frecuencia de aparición puede incrementarse por mutágenos , a veces denominados agentes o factores mutagénicos. Estos agentes pueden ser físicos ( radiaciones ionizantes ) o químicos ( agentes alquilantes , derivados reactivos del oxígeno , etc.).
Hoy en día, los métodos permiten provocar mutaciones controladas y no aleatorias (tipo y naturaleza de la mutación). En particular, estos métodos se utilizan ampliamente en el estudio de organismos vivos, por ejemplo, para comprender las funciones de un gen.
La mutación se define tradicionalmente como una modificación de la información genética, detectable por un cambio repentino y hereditario que ocurre a nivel de uno o más caracteres.
Sin embargo, la demostración del ADN como medio químico para la información genética y la posibilidad de acceder a un conocimiento preciso de la secuencia de nucleótidos que caracteriza a cada cromosoma ha hecho que se proponga una nueva definición: cualquier cambio que afecte a la secuencia de nucleótidos es una mutación.
Además, a nivel de genética de poblaciones, la mutación se define como un error en la reproducción consistente del mensaje hereditario. Transformará un alelo en otro, nuevo o ya presente en la población. El papel de la mutación en la evolución es fundamental, porque es la única fuente de nuevos genes. Pero una vez que ha aparecido un nuevo gen por mutación, tampoco es esto lo que determinará su destino: si el nuevo alelo es desfavorable, o si es más favorable que los antiguos, es principalmente la selección. de su frecuencia.
A nivel poblacional, el crecimiento no es un problema para la mutación, ayuda a las poblaciones, todo lo contrario ... La persistencia generalmente depende del mantenimiento de la información genética. Para hacer esto, los organismos intentan reducir la tasa de mutación y limitar las mutaciones deletéreas. Sin embargo, adaptarse a nuevas situaciones requiere cierto nivel de variación genética para proporcionar mutaciones beneficiosas raras. El número de mutaciones generadas en una población está determinado por su tamaño, así como por la tasa de mutación de los organismos que la componen. Por lo tanto, para cualquier tamaño de población viable dado, un organismo debe desarrollar una tasa de mutación que optimice el equilibrio entre mutaciones deletéreas comunes y mutaciones más raras que aumentan la aptitud a largo plazo (posibilidades de supervivencia). Se espera que la relación óptima entre costos y beneficios cambie con las circunstancias y los estilos de vida. Una alta tasa de mutación podría ser más costosa para un organismo bien adaptado en un entorno constante que para un organismo mal adaptado en un entorno muy variable.
Sin embargo, las tasas de mutación se controlan y minimizan mediante la selección . Los argumentos teóricos y experimentales muestran que los mutantes pueden seleccionarse positivamente cuando se cultivan en ciertos medios, cuando la selección requiere mutaciones raras repetidas y la variabilidad disponible es limitada. Esto ocurre cuando la población es pequeña y los mutantes raros pueden ofrecer una ventaja selectiva (por ejemplo, resistencia a los antibióticos ) mayor que el costo selectivo para la aptitud.
Por ejemplo, en el caso del virus VIH -1 , ocurren muchas mutaciones aleatorias en cada ciclo de replicación viral debido a la baja fidelidad de la transcriptasa inversa durante la transcripción. Algunas de estas mutaciones serán seleccionadas por la presión ejercida por los CTL (linfocitos T citotóxicos) específicos para epítopos de tipo salvaje. Sin embargo, las respuestas citotóxicas tempranas parecen tener una actividad antiviral más eficaz y el escape de esta respuesta explicaría la progresión viral.
Algunas de las enfermedades (enfermedades genéticas) o ciertos abortos están vinculados a mutaciones deletéreas o fatales en la herencia genética. La tasa de mutación de la especie humana no se conoce bien. Las mutaciones naturales y / o debidas a la exposición a productos mutagénicos de origen antropogénico también afectan a la especie humana; La exposición a determinados productos radiactivos (en el contexto de ensayos nucleares, accidentes) y a diversos productos químicos mutagénicos podría haber aumentado la tasa de mutación dentro de la especie. Ha sido objeto de varias evaluaciones, incluida recientemente la medición de la autocigosidad de una población de Hutteritas genealógicamente bien conocida con el fin de estimar, dentro de esta población, la tasa de mutación de secuencias genéticas humanas en varias generaciones. La secuenciación de genomas completos de 5 tríos, cada uno compuesto por dos padres y un niño, permitió identificar 44 segmentos afectados por la autocigosidad. Sobre esta base y del polimorfismo de nucleótidos, los investigadores obtuvieron una tasa de mutación “SNV ( variantes de un solo nucleótido )” de 1,20 × 10 -8 mutaciones por par de bases y por generación. La tasa de mutación de las bases dentro de los dinucleótidos CpG (9,72 × 10 -8 ) fue 9,5 veces mayor que la de las bases no CpG, y estas mutaciones son 85% de origen paterno. La distribución no uniforme de mutaciones sugiere "puntos calientes mutacionales" o la existencia de otros sitios de conversión de genes a largo plazo.
Varios tipos de mutaciones pueden alterar la presentación de moléculas de CMHI. Las mutaciones a nivel de las regiones flanqueantes de los epi-topes interferirán con la capacidad de escisión de proteínas virales por el proteasoma o con la capacidad de transporte intracelular. Asimismo, las mutaciones que ocurren en los propios epitopos disminuyen la respuesta citotóxica específica de los CTL. Si estas mutaciones se refieren a los residuos de anclaje, es probable que provoquen una inhibición completa de la unión del péptido con las moléculas del CMHI.
Finalmente, las mutaciones que afectan a los aminoácidos que flanquean los residuos de anclaje en los epi-topes también pueden modificar la interacción del péptido con la molécula de CMHI por razones de conformación. Si el enlace CMHI-péptido no es estable, el complejo se disocia antes de encontrarse con el TCR (receptor de células T) y no puede tener lugar el reconocimiento del péptido viral por parte de CTL.
El VIH está sometido a tres tipos de presión: estructural, funcional y de selección ejercida por la respuesta inmune específica en las regiones inmunogénicas. Así, el virus se ve constantemente forzado a un equilibrio entre las mutaciones de los epi-topes, que permiten el escape del reconocimiento por esta respuesta inmune específica, pero estas mutaciones podrían inducir un costo funcional para el virus como una disminución de su capacidad. de replicación o de su poder infeccioso. Además, en el caso de la respuesta CTL, se ha demostrado que las mutaciones que se producen en las regiones funcionalmente importantes conducirían a la no viabilidad de los mutantes. Por ejemplo, las mutaciones de escape en la región que codifica Gag p-24 producirán una disminución significativa en la aptitud, por otro lado, las mutaciones en las regiones Env gp 120 no tienen ningún efecto sobre la aptitud viral.
Si una mutación afecta a una célula germinal que participa en la fecundación, se transmite al individuo resultante de esta fecundación y estará presente en cada una de sus células. Esta mutación puede proporcionar una ventaja selectiva o por el contrario ser perjudicial, incluso letal. Es la base del proceso de evolución . Sin embargo, se acepta que la mayoría de las mutaciones ocurren entre genes , en intrones o en lugares donde su efecto es mínimo ( mutaciones sinónimas ); Por tanto, la mayoría de las mutaciones son probablemente neutrales y sólo se mantienen (o eliminan) por casualidad ( deriva genética ).
Por otro lado, como es el caso de la mayoría de mutaciones accidentales (provocadas por irradiación o sustancias químicas), si afecta a las células somáticas , la mutación no se transmite y por tanto sólo afectará al sujeto que la ha sufrido directamente. Si las células se están dividiendo activamente, existe la posibilidad de que se cree un tumor que puede convertirse en cáncer . Por el contrario, si no hay división, el efecto es insignificante.
Las mutaciones se pueden clasificar según sus consecuencias fenotípicas :
Las mutaciones explican la existencia de variabilidad entre genes. Las mutaciones menos favorables (deletéreas) para la supervivencia del individuo que las porta son eliminadas por el juego de la selección natural , mientras que las mutaciones ventajosas, mucho más raras, tienden a acumularse. Se dice que la mayoría de las mutaciones son neutrales, no influyen en el valor selectivo y pueden ser reparadas o desaparecidas por el juego de la deriva genética . Las mutaciones espontáneas , generalmente raras y aleatorias, son la principal fuente de diversidad genética , impulsoras de la evolución . Se desconocen las causas de las mutaciones espontáneas.
Las mutaciones repentinas generadas por el cesio 137 ( 137 Cs ), durante el accidente de Chernobyl, por ejemplo, no tienen un efecto beneficioso y duradero sobre el genoma de una especie, aquí el hombre. Pero los efectos de 137 Cs solo son notables en la descendencia del sujeto contaminado (defectos cardíacos, trastornos de mineralización ósea, trastornos cerebrales) para la exposición a dosis altas
Las diferentes técnicas para la detección de mutaciones son: