Mutasyon

Sa biolohiyang molekular at henetika, ang mga mutasyon ang mga permanenteng pagbabago sa genome ng DNA: ang sekwensiyang DNA ng genome ng isang selula o ang sekwensiyang DNA o RNA sa ilang mga virus. Ang mga random na sekwensiyang ito ay mailalarawan bilang biglaan at kusang loob na mga pagbabago sa selula. Ang mga mutasyon ay sanhi ng mga radiasyon, mga virus, mga transposon at mga mutahenong kemikal gayundin ang mga pagkakamali sa DNA na nangyayari sa meiosis at replikasyon ng DNA. Ang mga ito ay maaari ring sanhiin ng mismong organismo sa pamamagitan ng mga prosesong selular gaya ng somatikong hypermutasyon. Ang mutasyon ay maaaring magresulta sa ilang iba't ibang mga uri ng pagbabago sa mga sekwensiya. Ang mga ito ay maaaring walang epekto, magbago ng produkto ng gene o pumigil sa gene na gumana.  

Ang ilang mga mutasyon ay napakabihira at ang iba ay karaniwan sa populasyon. Ang mga mutasyon na nangyayari sa higit sa 1 porsiyento ng populasyon ay tinatawag na mga polimorpismo. Ito ay sapat na karaniwan upang ituring na isang normal na bariasyon sa DNA. Ang mga polimorpismo ay responsable sa maraming mga pagkakaibang normal sa mga iba ibang tao gaya ng kulay ng mata, kulay ng buhok o uri ng dugo. Ang ilang mga polimorpismo ay maaaring makaimpluwensiya sa panganib ng pagkakaroon ng ilang mga karamdaman. 

Ang mga mutasyon ay gumagampan ng bahagi sa parehong mga prosesong biyolohikal na normal at abnormal kabilang sa ebolusyon, kanser at pag-unlad ng sistemang immuno.

Mga sanhi

Mga kusang loob na mutasyon
Ang mga kusang loob na mutasyon sa molekula ay sanhi ng mga sumusunod: tautomerismo kung saan ang isang base ay nababago sa pamamagitan ng muling pagpoposisyon ng atomong hidroheno, pagbabago ng pattern ng pagkakawing na hidroheno ng baseng ito na nagreresulta sa hindi tamang pagpapares ng base tuwing replikasyon, ang Depurinasyon na kawalan ng baseng purine upang bumuo ng isang lugar na apuriniko, ang Deaminasyon na mga pagbabagong hydrolysis sa isang normal na base tungo sa isang atipikal na base na naglalaman ng pangkat keto kapalit ng orihinal na grupong amine. Ang mga halimbawa ang C → U and A → HX (hypoxanthine) at 5MeC (5-methylcytosine) → T at ang lumipat na maling pagpapares ng strand na denaturasyon ng bagong strand mula sa template tuwing replikasyon na sinundan ng renaturasyon sa ibang lugar na humahantong sa mga pagpasok o pagbura. May malaking ebidensiya na ang karamihan ng mga kusang loob na mutasyon ay sanhi ng nagkakamaling replikasyon na lagpas sa pinsala ng DNA sa strand ng template. Sa mga daga, ang karamihan ng mga mutasyon ay sanhi ng translesion synthesis.  Bagaman ang mga nangyayari sa kalikasang pagkasira ng dobleng strand ay relatibong mababa sa DNA, ang kanilang pagkukumpuni ay nagsasanhi ng mutasyon. Ang non-homologous end joining (NHEJ) ay kadalasang nagpapakilala ng mga mutasyon.

Mga sinanhing mutasyon
Ang mga sinanhing mutasyon sa molekula ay maaaring sanhi ng mga kimikal at radyasyon gaya ng  ultraviolet (na matatagpuan sa sikat ng araw at iba pa),  mga nukleyar na radyasyon, at mga cosmic ray na tumatama sa mundo. Kabilang dito ang Hydroxylamine NH2OH, Base analogs (e.g. BrdU), mga ahenteng alkylating (e.g. N-ethyl-N-nitrosourea), mga ahenteng bumubuo ng DNA adduct (e.g. ochratoxin A metabolites), mga ahenteng DNA intercalating (e.g. ethidium bromide), mga DNA crosslinker, pinsalang oksidatibo.

Klasipikasyon ayon sa uri ng mutasyon

Ayon sa epekto sa istruktura
Mga maliit na iskalang mutayson gaya ng mga umaapekto sa maliit na gene sa isa o ilang mga nucleotide kabilang ang mga puntong mutayson na kadalasang sanhi ng mga kimikal o hindi paggana ng replikasyon ng DNA. Ang mga pagbabagong ito ay inuuri bilang mga transisyon o mga transbersiyon. Ang pinakakaraniwan ang transisyon na nagpapalit ng isang purine sa isa pang purine(A ↔ G) o isang pyrimidine para sa isa pang pyrimidine, (C ↔ T). Ang isang halimbawa ng transbersiyon ang pagkokomberte ng adenine sa cytosine.  Ang mga puntong mutasyon na nangyayari sa loob ng rehiyong nagkokodigo ng protina ay ang mga mutasyong tahimik, mutasyong missense at nonsense mutasyon. Ang mga insersiyon o pagpapasok ay nagdaragdag ng isa o higit pang mga karagdagang nucleotide sa DNA. Ito ay karaniwang sanhi ng mga transposableng mga elemento o mga pagkakamali tuwing replikasyon ng mga umuulit na elemento. Ang mga insersiyon sa rehiyong nagkokodigo ng isang gene ay magbabago ng splicing ng mRNA o magsanhi ng paglipat ng reading frame  (frameshift) na parehong malaking nagpapabago ng produkto ng gene. Ang mga delesyon o pagbura ay nag-aalis ng isa o higit pang mga nucleotide mula sa DNA. Tulad ng mga insersiyon, ito ay nagbabago ng reading frame ng gene at karaniwang hindi na maibabalik.
Mga malalaking isakalang mutasyon sa istruktura ng kromosoma na kinabibilangan ng amplikasyon na humahantong sa maraming mga kopya ng lahat ng mga rehiyong kromosoma na nagpapataas ng dosis ng mga genes na nasa loob nito, mga pagbura na humahantong sa pagkawala ng mga gene sa loob ng mga rehiyong ito. Ang mga mutasyong nagtatabi ng mga nakaraang magkahiwalay na piraso ng DNA  ay kinabibilangan ng mga kromosomal na translokasyon na nagpapalit ng mga bahaging henetiko mual sa mga hindi homolohosong kromosoma, mga interstitial na delesyon na instra-kromosomal na pagbura na nag-aalis ng isang segemento ng DNA mula sa isang kromosoma at mga imbersiyong kromosomal na pagbabaliktad ng orientasyon ng mga segmentong kromosomal.  Ang pagkawala ng heterozygosity ang pagkawala ng isang allele sa pamamagitan ng delesyon o rekombinasyon sa organismong may nakaraang magkaibang mga allele.

Ayon sa epekto sa tungkulin
Ang mga mutasyon na nagsasanhi sa produkto ng gene na magbawas o mag-alis ng silbi. Ang mga phenotype na nauugnay sa mga gayong mutayson ay kadalasang recessive. Ang mga eksepsiyon ay kapag ang organismo ay haploid o kapag ang nabawasang dosis ng isang normal na produkto ng gene ay hindi sapat para sa isang normal na phenotype. 
Ang mga mutasyon na nagsasanhi sa mga produkto ng gene na magkamit ng isang bago at hindi normal na silbi.
Mga dominantweng negatibong mutasyon nagbabago ng produkto ng gene na antagonistiko sa allele ng ligaw na uri. Ito ay nagreresulta sa nabagong silbing molekular at inilalarawan ng dominante o kalahating dominanteng phenotype. 
Ang mga nakamamatay na mutasyon na nagsasanhi sa kamatayan ng mga organismong nagdadala ng mutasyong ito.

Ayon sa epekto sa pagiging akma ng organismo
Sa nilalapat na henetika, karaniwang nagsasalita ng mga mutasyon bilang mapanganib o mapapakinabangan. 
Ang isang mapanganib na mutasyon ay nagbabawas ng pagiging akma ng organismo.
Ang mapapakinabangang mutasyon ay nagpapataas ng pagiging akma ng organismo o nagtataguyod ng mga katangian na kanais nais.

Ayon sa pagmamana
Ang mga mutasyon ay maaaring mamana ng isang indibidwal mula sa magulang nito o matamo ng isang indibidwal sa buong buhay nito.

Mutasyong germline
Ang mga mutayson na naipapasa mula sa magulang tungo sa supling ay tinatawag na mga mutasyong namamana o mutasyong germline dahil ang mga ito ay umiiral sa mga selulang ovum at sperm na tinatawag na selulang germ. Ang mutasyong ito ay umiiral sa buong buhay ng isang tao sa bawal selula ng katawan nito. Ang mga mutasyon na nangyayari lamang sa selulang ovum o sperm o pagkatapos ng pertilisasyon ay tinatawag na mga mutasyong bago o de novo. Ang mga mutasyong ito ay nagpapaliwanag ng mga diperensiyang henetiko sa isang apektadong bata na may mutasyong ito ngunit walang kasaysayan sa pamilya nito ng diperensiyang henetiko ito.

Mutasyong somatiko
Ang mga somatikong mutasyon o natatamong mutasyon ay nangyayari sa DNA sa isang panahon sa buhay ng isang indibidwal. Ito ay maaaring sanhi ng mga paktor na pangkapaligiran gaya ng radyasyong ultraviolet mula sa araw o isang pagkakamali habang kinokopya ng DNA ang sarili nito sa paghahati ng selula. Ang mga mutasyong ito ay hindi naipapasa sa susunod na henerasyon.

Mga mapanganib na mutasyon
Ang mga pagbabago sa DNA sanhi ng mutasyon ay nagsasanhi ng mga pagkakamali sa sekwensiya ng protina na lumilikha ng parsiyal o buong hindi gumaganang mga protina. Kapag binago ng isang mutasyon ang isang protina na gumagampan ng isang mahalagang papel sa katawan ng organismo, ang isang kondisyong medikal ay nagreresulta. Ang isang kondisyong sanhi ng mga mutasyon sa isa o marami pang mga gene ay tinatawag na genetic disorder. Ang ilang mga mutasyon ay nagbabago ng baseng sekwensiya ng DNA ng isang gene ngunti hindi nagbabago ng tungkulin ng protinang ginawag ng gene. Ang isang pag-aaral ng paghahambing mga gene sa pagitang ng mga iba ibang species ng Drosophila ay nagmumungkahing kung ang isang mutasyon ay nagbago ng protina, ito ay malamang na mapanganib na may 70 porsiyento ng mga polimorpismong asidong amino ay may mga nakakapinsalang wepekto at ang natitira ay neutral o mahinang mapapakinabangan.  Naipakita sa mga pag-aaral na ang tanging 7% ng mga mutasyon sa yeast na wala sa gene ang mapanganib. Kung ang isang mutasyon ay umiiral sa germ cell, ito ay magpapalitaw sa supling na nagdadala sa mutasyon sa lahat ng mga selula nito. Ito ang kaso sa mga sakit na namamana mula sa mga magulang. Sa partikular, kung may isang mutasyon sa isang nagkukumpuning gene ng DNA sa loob ng germ cell, ang mga nagdadala ng gayong mga mutayson ay may tumaas na panganib ng kanser. Sa kabilang dako, ang isang mutasyon ay maaaring mangyari sa somatic cell ng isang organismo. Ang gayong mga mutasyon ay iiral sa lahat ng mga supling ng selulang ito sa loob ng isang organismo. Ang ilang mga mutasyon ay nagsasanhi sa selula na maging malignant at kaya nagsasanhi ng kanser.  Kapag ang isang pinsala sa DNA ay nagpalitaw na sa isang mutasyon, ang mutasyon ay hindi na makukumpuni. Ang mga pagkukumpuning landas ay kumikilala lamang at umaakto sa mga istrukturang abnormal sa DNA.

Mga mapapakinabangang mutasyon
Bagaman ang mga mutasyon na nagbabago ng mga sekwensiya ng protina ay mapanganib sa organismo. Paminsan minsan, ang mga epekto nito ay maaaring positibo o mapapakinabangan sa isang ibinigay na kapaligiran. Sa kasong ito, ito ay papayag sa mutant na organismo na makaya ang partikular na kapiligiran at makapagparami ng mas mabilis. Sa mga kasong ito, ang isang mutasyon ay nagiging mas karaniwan sa isang populasyon sa pamamagitan ng natural na seleksiyon. Halimbawa, ang spesipikong 32 base pair na pagbubura sa pantaong CCR5 (CCR5-Δ32) ay nagkakaloob ng hindi pagtalab ng HIV sa mga homozygote at nagpapaliban ng pagsisimula ng AIDS sa mga heterozygote. Ang mutasyong CCR5 ay mas karaniwang sa mga Europeo. Ang isang posibleng paliwanag ng etiolohiya ng mataas na prekwensiya ng CCR5-Δ32 sa mga Europeo ay ito ay nagkaloob ng hindi pagtalab sa salot na buboniko sa Europa noong ika-14 siglo. Ang mga taong may mutasyong ito ay mas malamang na makaligtas sa mga impeksiyon at kaya ang prekwensiya sa populasyon ay tumaas. Ang teoriyang ito ay nakakapagpaliwanag kung bakit ang mutasyong ito ay hindi matatagpuan sa katimugang Aprika na nanatiling hindi nadapuan ng salot na buboniko. Ang isang mas bagong teoriya ay nagmumungkahing ang mga selective pressure sa mutasyong CCR5 Delta 32 ay sanhi ng smallpox sa halip na ng salot na buboniko. Ang isa pang halimbawa, ang Sickle cell disease sa sakit sa dugo kung saan ang katawan ay lumilikha ng mga abnormal na uri ng hemoglabin sa mga dugong pulang selula. Ang 1/3 sa mga katutubong mamamayan ng sub-Saharan na Aprika ay nagdadala ng gene na ito  dahil sa mga lugar na ang malaria ay karaniwan, may halaga ito sa pagpapatuloy sa mga nagdadala lamang ng isang gene ng sickle cell. Ang mga meron lamang ng isa sa dalawang mga allele ng sakit na sickle cell ay mas hindi tinatalaban ng malaria dahil ang impestasyon ng malaria plasmodium ay pinatitigil ng pagkakarit ng mga selula ng nahawaan nito.

Tingnan din
Mutant

Mga sanggunian

Henetika
Ebolusyon