Mutacja jest rzadką, przypadkowe lub wywołane zmianą informacji genetycznego ( DNA albo RNA sekwencji ) w genomie .
W zależności od dotkniętej części genomu konsekwencje mutacji mogą się różnić. Mówi się, że mutacja jest dziedziczna, jeśli zmutowana sekwencja genetyczna jest przekazywana następnemu pokoleniu (patrz mutacje germinalne). Jest to jeden z elementów bioróżnorodności i jeden z wielu czynników, które mogą brać udział w ewolucji gatunku.
Możemy wyróżnić kilka rodzajów mutacji.
Mówi się, że mutacja jest płciowa, gdy dotyczy chromosomu płci, na przykład X/Y u ssaków lub W/Z u ptaków. Mówi się, że mutacja jest autosomalna, gdy dotyczy chromosomu innego niż chromosomy płci .
Mówi się, że mutacja ma miejsce, gdy wpływa na jeden lub więcej nukleotydów tego samego genu.
Mutacje substytucyjneW insercje i delecje są mutacjami décalantes i są dwa typy mutacji zwane indele lub ramki przesunięcie . Dodanie lub usunięcie nukleotydów niewielokrotności 3 spowoduje zmianę ramki odczytu kodu genetycznego . W czasie translacji najczęściej generuje to białko skrócone z powodu pojawienia się przedwczesnego kodonu stop.
Dotyczy to dużej liczby nukleotydów w DNA, aby mutacja była obserwowalna podczas tworzenia kariotypu : duplikacja, translokacja, inwersja, delecja, insercja.
Może to być również utrata lub zyskanie chromosomów: trisomia , monosomia , aneuploidia .
Mutacje te ewoluują z pokolenia na pokolenie, odpowiadają ważnym powtórzeniom pewnych trojaczków na poziomie DNA (CAG i GGG). Występują w niektórych chorobach genetycznych ( zespół łamliwego chromosomu X , dystrofia miotoniczna Steinerta , pląsawica Huntingtona ).
U zwierząt wielokomórkowych mutacje zarodkowe mogą być przekazywane potomstwu, w przeciwieństwie do mutacji somatycznych .
Naturalne mutacje są losowe, ale częstość ich występowania może być zwiększona przez mutageny , określane niekiedy mianem czynników lub czynników mutagennych. Czynniki te mogą być fizyczne ( promieniowanie jonizujące ) lub chemiczne ( środki alkilujące , reaktywne pochodne tlenu itp.).
Obecnie metody umożliwiają wywoływanie nielosowych i kontrolowanych mutacji (typ i natura mutacji). Metody te są szczególnie szeroko stosowane w badaniu organizmów żywych, na przykład w celu zrozumienia funkcji genu.
Mutacja jest tradycyjnie definiowana jako modyfikacja informacji genetycznej, wykrywalna przez nagłą i dziedziczną zmianę zachodzącą na poziomie jednej lub więcej cech.
Jednakże wykazanie DNA jako chemicznego nośnika informacji genetycznej oraz możliwość uzyskania dokładnej wiedzy o sekwencji nukleotydów charakteryzującej każdy chromosom doprowadziły do zaproponowania nowej definicji: każda zmiana wpływająca na sekwencję nukleotydów jest mutacją.
Ponadto na poziomie genetyki populacyjnej mutację definiuje się jako błąd w konsekwentnym odtwarzaniu przekazu dziedzicznego. Przekształci jeden allel w inny, nowy lub już obecny w populacji. Rola mutacji w ewolucji jest niezbędna, ponieważ jest ona jedynym źródłem nowych genów. Ale kiedy w wyniku mutacji pojawi się nowy gen, to nie on też będzie decydował o jego losie: jeśli nowy allel jest niekorzystny lub korzystniejszy od starych, to głównie dobór będzie decydował o dalszej ewolucji jego częstotliwości.
Na poziomie populacji wzrost nie jest problemem dla mutacji, lecz pomaga populacjom, wręcz przeciwnie… Trwałość generalnie zależy od utrzymania informacji genetycznej. Aby to zrobić, organizmy próbują zmniejszyć tempo mutacji i ograniczyć szkodliwe mutacje. Jednak przystosowanie się do nowych sytuacji wymaga pewnego poziomu zmienności genetycznej, aby zapewnić rzadkie korzystne mutacje. Liczba mutacji generowanych w populacji zależy od jej wielkości, a także od tempa mutacji organizmów, które ją tworzą. W związku z tym, dla dowolnej wielkości populacji zdolnej do życia, organizm powinien rozwinąć tempo mutacji, które optymalizuje równowagę między powszechnymi szkodliwymi mutacjami a rzadszymi mutacjami, które zwiększają długoterminową sprawność (szanse na przeżycie). Oczekuje się, że optymalny stosunek kosztów do korzyści będzie się zmieniał wraz z okolicznościami i stylem życia. Wysoki wskaźnik mutacji może być bardziej kosztowny dla dobrze przystosowanego organizmu w stałym środowisku niż dla słabo przystosowanego organizmu w wysoce zmiennym środowisku.
Jednak tempo mutacji jest kontrolowane i minimalizowane przez selekcję . Argumenty teoretyczne i eksperymentalne pokazują, że mutatory mogą być selekcjonowane pozytywnie, gdy rosną na określonych podłożach - gdy selekcja wymaga powtarzających się rzadkich mutacji, a dostępna zmienność jest ograniczona. Dzieje się tak, gdy populacja jest mała, a rzadkie mutanty mogą oferować selektywną przewagę (np. odporność na antybiotyki ) większą niż selektywny koszt dostosowania.
Na przykład w przypadku wirusa HIV- 1 wiele losowych mutacji występuje w każdym cyklu replikacji wirusa z powodu niskiej wierności odwrotnej transkryptazy podczas transkrypcji. Niektóre z tych mutacji zostaną wyselekcjonowane przez nacisk wywierany przez CTL (cytotoksyczne limfocyty T) specyficzne dla epitopów typu dzikiego. Wydaje się jednak, że wczesne odpowiedzi cytotoksyczne mają skuteczniejsze działanie przeciwwirusowe, a ucieczka przed tą odpowiedzią wyjaśniałaby progresję wirusa.
Niektóre choroby (choroby genetyczne) lub niektóre aborcje są powiązane ze szkodliwymi lub śmiertelnymi mutacjami w dziedzictwie genetycznym. Szybkość mutacji gatunku ludzkiego nie jest dobrze znana. Mutacje naturalne i/lub wynikające z narażenia na produkty mutagenne pochodzenia antropogenicznego dotyczą również gatunku ludzkiego; Narażenie na niektóre produkty radioaktywne (kontekst prób jądrowych, wypadki) oraz na różne mutagenne chemikalia mogło zwiększyć tempo mutacji w obrębie gatunku. To był przedmiotem kilku ocen, włączając w to ostatnio mierząc autozygosity z populacji Hutterites genealogicznie dobrze znanych w celu oszacowania, w tej populacji, tempo mutacji ludzkich sekwencji genetycznych na kilku. Pokoleniom. Sekwencjonowanie całych genomów po 5 trio składających się z dwojga rodziców i dziecka pozwoliło zidentyfikować 44 segmenty objęte autozygotycznością. Na tej podstawie i na podstawie polimorfizmu nukleotydów naukowcy uzyskali współczynnik mutacji „SNV ( jednonukleotydowe warianty )” równy 1,20 × 10-8 mutacji na parę zasad i na pokolenie. Odsetek mutacji zasad w obrębie dinukleotydów CpG (9,72 × 10-8 ) był 9,5 razy większy niż zasad innych niż CpG, a mutacje te mają 85% pochodzenia ojcowskiego. Niejednorodny rozkład mutacji sugeruje „gorące punkty mutacji” lub istnienie innych miejsc długoterminowej konwersji genów.
Kilka rodzajów mutacji może zakłócać prezentację cząsteczek CMHI. Mutacje na poziomie regionów flankujących epitopów będą zakłócać zdolność do cięcia białek wirusowych przez proteasom lub zdolność do transportu wewnątrzkomórkowego. Podobnie, mutacje występujące w samych epitopach zmniejszają specyficzną odpowiedź cytotoksyczną przez CTL. Jeśli te mutacje dotyczą reszt kotwiczących, prawdopodobnie spowodują całkowite zahamowanie wiązania peptydu z cząsteczkami CMHI.
Wreszcie, mutacje wpływające na aminokwasy flankujące reszty kotwiczące w epitopach mogą również modyfikować oddziaływanie peptydu z cząsteczką CMHI z powodów konformacyjnych. Jeśli wiązanie CMHI-peptyd nie jest stabilne, kompleks jest dysocjowany przed spotkaniem z TCR (receptorem komórek T) i nie może nastąpić rozpoznanie peptydu wirusowego przez CTL.
HIV jest poddawany trzem rodzajom presji: strukturalnej, funkcjonalnej i selekcji wywieranej przez specyficzną odpowiedź immunologiczną w regionach immunogennych. W ten sposób wirus jest stale zmuszany do równowagi między mutacjami epitopów, które umożliwiają ucieczkę rozpoznania przez tę specyficzną odpowiedź immunologiczną, ale te mutacje mogą indukować koszt funkcjonalny wirusa, taki jak zmniejszenie jego zdolności. replikacji lub jej mocy zakaźnej. Ponadto, w przypadku odpowiedzi CTL wykazano, że mutacje występujące w regionach ważnych funkcjonalnie mogą prowadzić do braku żywotności mutantów. Na przykład mutacje ucieczki w regionie kodującym Gag p-24 spowodują znaczny spadek dopasowania, z drugiej strony mutacje w regionach Env gp 120 nie mają wpływu na dopasowanie wirusa.
Jeśli mutacja wpływa na komórkę zarodkową uczestniczącą w zapłodnieniu, jest przenoszona na osobnika w wyniku tego zapłodnienia i będzie obecna w każdej z jej komórek. Ta mutacja może zapewnić przewagę selekcyjną lub wręcz przeciwnie, być szkodliwa, a nawet śmiertelna. Jest podstawą procesu ewolucji . Przyjmuje się jednak, że większość mutacji występuje między genami , w intronach lub w miejscach, gdzie ich działanie jest minimalne ( mutacje synonimiczne ); większość mutacji jest zatem prawdopodobnie neutralna i jest utrzymywana (lub eliminowana) tylko przez przypadek ( dryf genetyczny ).
Z drugiej strony, tak jak w przypadku większości przypadkowych mutacji (spowodowanych napromieniowaniem lub substancjami chemicznymi), jeśli wpływa na komórki somatyczne , mutacja nie jest przekazywana i dlatego wpłynie tylko na podmiot, który przeszedł ją bezpośrednio. Jeśli komórki aktywnie dzielą się, istnieje możliwość powstania guza, który może przekształcić się w raka . I odwrotnie, jeśli nie ma podziału, efekt jest znikomy.
Mutacje można sklasyfikować według ich konsekwencji fenotypowych :
Mutacje wyjaśniają istnienie zmienności między genami. Mutacje, które są najmniej korzystne (szkodliwe) dla przetrwania osobnika, który je nosi, są eliminowane przez grę doboru naturalnego , podczas gdy korzystne mutacje, znacznie rzadsze, mają tendencję do kumulacji. Mówi się, że większość mutacji jest neutralna, nie wpływa na wartość selekcyjną i może zostać utrwalona lub zniknąć przez grę dryfu genetycznego . Te spontaniczne mutacje , zazwyczaj rzadkie i przypadkowe, więc głównym źródłem różnorodności genetycznej , kierowcy ewolucji . Przyczyny spontanicznych mutacji nie są znane.
Nagłe mutacje wywołane przez cez 137 ( 137 Cs ), na przykład podczas awarii w Czarnobylu , nie mają korzystnego i trwałego wpływu na genom gatunku, w tym przypadku człowieka. Jednak skutki 137 Cs są niezwykłe tylko na potomstwo zanieczyszczonej przedmiotu (wad serca, zaburzeń mineralizacji kości, zaburzenia mózgowe) narażenia na wysokie dawki
Różne techniki wykrywania mutacji to: