Mutacija

Mutacija (lat. mutatio - promjena, zamjena) je kvalitativna i/ili kvantitativna promjena u genetičkom materijalu koja nije uzrokovana segregacijom ili rekombinacijom. Mutacije mogu uzrokovati promjene u pojedinačnim obilježjima (fenotipa). Organizam s mutacijom se naziva mutant.

Promjenljivost nasljednog materijala predstavlja genetičku osnovu sveukupne biološke raznolikosti u vremenu i prostoru, promatrajući živi svijet u cjelini i svaku vrstu živih bića posebno. Mutacije su moguće na različitim nivoima organizacije genetičkog materijala. One predstavljaju jedini suštinski izvor nasljedne, individualne varijacije, a nastaju slučajnim promjenama u strukturi i količini DNK. Mutageneza (proces nastajanja mutacija) može biti (indukcijom ili spontano) izazvana različitim fizičkim, hemijskim i biološkim činiocima vanjske i unutrašnje sredine. Međutim, učinak mutiranog gena samo slučajno može predstavljati direktan "odgovor" (protuakciju) na odgovarajući mutageni agens.Campbell N.eil (2005). Biology. Benjamin/ Cummings, San Francisco .Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, .King R. C., Stransfield W. D. (1998): Dictionary of genetics. Oxford niversity Press, New York, Oxford, ; .

Učinci mutacija su manje ili više fenotipski vidljivi, zavisno od promjenljivosti, jer se javljaju kao posljedica materijalnih promjena u hemijskoj strukturi i količini genetičke informacije, tj. dezoksiribonukleinske kiseline (DNK). Sve ostale pojave i oblici nasljedne varijacije proizvod su preuređenja (rekombinacija) postojećeg genetičkog materijala ili različitih učinaka njegovog međudejstva s unutrašnjom i vanjskom sredinom.

Od količine zahvaćenog genetičkog materijala i njegovog značaja za normalnu organizaciju i djevanje organizma ili njegovih pojedinih dijelova, odnosno od prirode međudejstva novonastalog alela s postojećim alelnim varijantama mutirajućeg gena (recesivna mutacija se ispoljava samo u homozigotnom stanju). Poznato je da krupne mutacije (makromutacije) po pravilu imaju upadljive, najčešće smrtonosne učinke. Međutim, čak i izmjena samo jedne azotne baze u lancu DNK (mikromutacija) može u značajnoj mjeri izmijeniti strukturu, a naročito ulogu proteina čiju sintezu provjerava njen zahvaćeni segment (gen). Tako se izmjenom samo jedne aminokiseline na šestom mjestu u beta–lancu hemoglobina (valin – glutaminska kiselina), umjesto normalnog hemoglobina A (čiju sintezu šifrira alel HbA), javila patološka varijanta krvnog pigmenta – hemoglobin S (kontrolisana alelom HbS).Hadžiselimović R. (2005): Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, .Lincoln R. J., Boxshall G. A. (1990): Natural history - The Cambridge illustrated dictionary. Cambridge University Press, Cambridge, .

Prema učincima na prilagodbenu vrijednost mutacije mogu biti korisne, štetne ili neutralne. Imajući u vidu činjenicu da svaki posebni genom (pa i ljudski) predstavlja evolutivno uravnoteženu cjelinu, postaje jasno zašto su korisne mutacije uistinu prava rijetkost. I pored toga, ukoliko ih podržava prirodno odabiranje, njihovo prisustvo u populaciji postaje sve uočljivije. Uzevši živi svijet u cjelini, s obzirom na količinu i mjesto zahvaćenog genetičkog materijala, mutacije mogu biti genske, hromosomske, genomske i plazmatske (ekstranuklearne).

 Vrste mutacija 

 Podjela po nasljednosti 
Somatske mutacije su one mutacije koje mogu zahvatiti sve ćelije osim gameta. Stoga imaju odraz na ćelije organizmima u kojima se dešavaju. Ovakve mutacije nisu nasljedne, a kada se pojavljuju pojedinačno, uzrokuju slabe ili nikakve posljedice. Ako se pospješuju nekim mutagenima kao što su naprimjer, energetska zračenja, mogu postati vrlo opasne. Tako se između ostalog mogu normalne ćelije preobraziti u ćelije raka. I pri starenju svakog organizma somatske mutacije igraju veliku ulogu.

Gametske (germinativne) mutacije su one mutacije koje nastaju u gametima te se prenose na potomstvo. Ove mutacije su evolutivno vrlo značajne jer se prenose u nizu narednih generacija.

 Podjela po uzrocima 
Spontane mutacije nastaju slučajno u organizmu bez uočljivog djelovanja nekog mutagenog činioca.
Inducirane mutacije su posljedica dejstva poznatih ili nepoznatih fizičkih, hemijskih ili bioloških agenase na ciljani genetski materijal.

 Efekti u funkciji 
 Gubitak funkcije se dešava kada rezultat promjene u proizvodnji gena ima manju ili nikakvu funkciju. Kada novonastali alel uzrokuje potpuni gubitak funkcije (null alel), često se naziva amorf. Fenotipovi povezani s takvim mutacijama su najčešće recesivni. Izuzeci su kada je organizam haploidan ili kada smanjena doza normalnog gena za proizvodnju nije dovoljna za ispoljavanje normalnog fenotipa (to se zove haploinsuficiencija).
 Pojačane funkcije mutanta mijenja genski proizvod tako da dobija nove i abnormalne funkcije. Ove mutacije obično su dominantnog fenotipa. Prema, Mullerovoj podjeli označene su kao neomorf mutacije.
 Dominantne negativne mutacije (po Mulleru, antimorf mutacije) imaju izmjenom gena proizvod koji djeluje antagonistički na alel divljeg (ishodišnog) tipa. Ove mutacije obično dovode do izmijenjenih molekulskih funkcija (često su neaktivne), a ispoljavaju se kao dominantni ili poludominantni fenotipovi. Kod ljudi, dominantna negativna mutacija je uključena u pojavu raka (npr. mutacije gena p53).
Letalne mutacije su one koje dovode do smrti organizama koji nose takve promjene izvornog gena.
Povratne mutacija ili reverzne vraćaju izvornu sekvencu, a time i originalni fenotip.

 Uticaj na adaptivnu vrijednost 
U primijenjenoj genetici, mutacije se dijele na štetne i korisne.
Štetne ili pogubne mutacije smanjuju adaptivnu vrijednost organizma.
 Korisne ili prednosne mutacije povećavaju adaptivnu vrijednost organizma.

Mutacije koje unapređuju poželjne osobine, nazivaju se korisne.

U teorijskoj populacijskoj genetici više je uobičajeno govoriti o mutacijama kao štetnim ili korisnim u odnosu na adaptivnu vrijednost i otpornim na selekcijski pritisak.

 Neutralne mutacije, u tom smislu, ne donose niti štetni ili koristan učinak na organizam. Takve mutacije se javljaju po stalnoj stopi, stvarajući osnovu za molekularni sat. Neutralne mutacije se u različitim populacijama imaju različitu učestalost ponajviše pod uticajem genetičkog pomaka i osnova su za većinu varijacija na molekularnom nivou. 
Gotovo neutralne mutacije su one koje mogu biti neznatno štetne ili korisne, iako je većina gotovo neutralnih mutacija neznatno štetna.

 Podjela po količini zahvaćenog genetskog materijala 
Genske mutacije zahvaćaju pojedinačne gene po čemu su i dobile naziv. One nisu vidljive pod mikroskopom. Obično se dijele na autosomne i heterosomne genske mutacije, s obzirom na kojem se hromosomu nalazi mutirani gen. Nastaju izmjenom u hemijskoj strukturi funkcionalne sekvence DNK, koja zauzima određeni genski lokus i provjerava odgovarajuće funkcije, odnosno osobine organizma. Prema prirodi međudejstva sa postojećim genima istog lokusa, novonastali aleli mogu biti dominantni, recesivni ili među njima nema odnosa funkcionalne dominacije. U skladu sa prihvaćenim kriterijima, novonastali mutanti se mogu označiti kao: izomorf, amorf, hipomorf, hipermorf, neomorf i antimorf, pri čemu prefiksi ovih odrednica označavaju prirodu i smjer mutiranja uloge ishodišnog alela ("divljeg tipa").

930px|thumb|center|Odabrane bolesti koje su uzrokovane genskim mutacijama (u standardnoj tabeli genetskog koda aminokiselina).

Stroga pravila dopunske autoreprodukcije genetskog materijala (na kojima inače počiva stabilnost i ponovljivost karakterističnih osobina svih živih bića) u relativno rijetkim slučajevima bivaju narušena. Tako se prilikom duplikacije nekog polulanca DNK, za jedan od adenina može pogrešno vezati citozin, pa umjesto normalnog para A–T nastaje neočekivani A–C. Kada je riječ o polaznom polulancu (s adeninom), već nakon prve diobe promatrane molekule DNK u procesu njegove duplikacije, ta greška će biti ispravljena i sve njegove naredne kopije će na pogođenom mjestu imati normalni A–T par nukleotida. Međutim, polulanac s pogrešno ugrađenim citozinom će se u prvoj normalnoj duplikaciji vezati s prirodno dompunskom bazom guaninom u par C–G, koji nije uobičajen za dato mjesto u izvornom lancu DNK. Time se mutacija stabilizuje, a novi par ponavlja u nizu narednih kopija izmijenjene DNK. Genske mutacije su, prema tome, posljedica greške u kopiranju (duplikaciji) lanaca DNK. Promjena samo jednog para nukleotida u zahvaćenom genu može imati krupne posljedice u njegovoj funkciji.

Mutabilnost pojedinih gena je veoma promjenljiva, a u prosjeku iznosi oko 10−5 (jedna mutacija na 100.000 gameta). Ta naoko zanemarljiva učestalost postaje impozantna u svjetlu podataka o ukupnom broju genskih lokusa u ljudskom genomu – rezultati sekvenciranja ljudskog genoma pokazali su da se taj broj kreće do 30.000. Uvažavajući pomenute činjenice, lahko se može proračunati (3 x 104 x 10−5) da svaki treći čovjek (30%) potencijalno nosi najmanje jednu svježu mutaciju.
Hromosomske mutacije zahvataju hromosome i vidljive su pod mikroskopom. Razlikuju se brojčane i strukturne promjene u pojedinim parovima 
homologa u hromosomskoj garnituri.

Numeričke hromosomske mutacije predstavljaju pojedine oblike aneuploidije: nulisomiju (nedostatak oba homologa), monosomiju (nedostatak jednog homologa), trisomiju (jedan homolog više) i teorijski moguće stepene polisomije (kvadrisomija itd.).

Strukturne hromosomske mutacije se ispoljavaju kao nedostatak (delecija – deficija) ili višak (duplikacija) jednog dijela nekog hromosoma. U ovoj kategoriji mutacija relativno su česte i pojave nenormalnog rasporeda pojedinih dijelova unutar hromosoma (transpozicija) ili njihovog premještanja na neki drugi hromosom (translokacija), te obrtanja pojedinih segmenata hromosoma (za 180° – inverzija), što dovodi do obrnutog rasporeda lokusa na mutiranoj sekvenci Ibrulj S., Haverić S., Haverić A. (2008): Citogenetičke metode – Primjena u medicini. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ..

Genomske mutacije imaju za posljedicu izmjenu normalnog diploidnog hromosomskog broja (2n) za [[n, tj. za jedan ili više haploidnih grupa hromosoma (euploidija: haploidija, triploidija, poliploidija). Prema porijeklu dodatnih garnitura, poliploidija može biti autopoliploidija (uvišestručavanje sopstvenog genoma) ili alopoliploidija (heteroploidija: dodavanje stranih genoma putem hibridizacije)Benjamin A. Pierce (2013) Genetics: A Conceptual Approach, Fifth Edition, W.H. Freeman and Company, New York.
Brown T A (2011) Introduction to Genetics: A Molecular Approach, 1st edition, Garland Science - Taylor & Francis, New York.Leland Hartwell, Lee M. Silver, Leroy Hood, Michael Goldberg, Ann Reynolds, Ruth Veres (2010) Genetics: From Genes to Genomes, 4th edition, McGraw-Hill Science/Engineering/Math, New York, USA.Allison L. A. (2007) Fundamental Molecular Biology, Blackwell Publishing, Malden, MA, USA. .Primrose S. B., Twyman R. M. (2006) Principles of Gene Manipulation and Genomics, 7th edition, Blackwell Publishing, Malden, MA, USA. 
Robert J. Brooker (2014) Genetics: Analysis and Principles, 5th edition McGraw-Hill Higher Education, New York, USA..

Plazmatske mutacije (plazmamutacije, ekstranuklearne mutacije) posebna su kategorija mutacija. Za razliku od genskih, hromosomskih i genomskih, koje se događaju u jedru – plazmatske mutacije se odigravaju u citoplazmatskim nosiocima genetskog materijala (kao npr. u mitohondrijalnoj i plastidnoj DNK) Hartl D, Jones E (2005). Genetics: Analysis of Genes and Genomes. Jones & Bartlett Publishing, Burlington, MA, USA..

 Reference 

 Vanjski linkovi 

Kategorija:Genetika
Kategorija:Mutacije
Kategorija:Evolucijska biologija
Kategorija:Utjecaj radijacije na zdravlje