Las mutaciones son alteraciones de la secuencia de ADN. Si uno piensa en la información del ADN como una serie de oraciones, las mutaciones son fallos ortográficos en las palabras que conforman la oración. A veces las mutaciones no tienen consecuencias, como una palabra con ciertos fallos ortográficos cuyo significado aun es aún entendible. En otros casos las mutaciones tienen ramificaciones más fuertes, como una oración cuyo significado ha cambiado por completo.
Una mirada cercana al ADN
Todos los organismos vivientes, desde la más minúscula bacteria hasta las plantas y el humano están construidas por microscópicas células (en el caso de la bacteria, el organismo entero es una única célula). En el núcleo mismo de estas células está el ADN o Acido DesoxirriboNucleico; el plano molecular de casi todo aspecto de la existencia.
Si uno se comienza a enfocar en la estructura del ADN, el primer nivel de aumento consiste en dos cadenas entrelazadas en la forma de una doble hélice. Cada cadena está hecha de una secuencia de nucleótidos. A su vez, cada nucleótido es un complejo de tres entidades: una azúcar llamada desoxirribosa, grupos de fosfato y una base nitrogenada (esto es, un componente que está listo para recibir el ion hidrogeno). Los nucleótidos de ADN pueden tener las siguientes bases: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Los nucleótidos son a menudo llamados por la base que contienen.
Las azucares y fosfatos de los varios nucleótidos están situados en la cadena de doble hélice, mientras que las bases de los nucleótidos se extienden a través del espacio entre la doble hélice para adherirse a las bases del otro lado. Considerando todo esto, el ADN realmente se ve como una escalera retorcida con las bases como peldaños, una común analogía. Las bases se adhieren a las otras de un modo muy específico: la adenina (A) a la timina (T) y la citosina (C) a la guanina (G). Esto es conocido como emparejamiento de base complementaria.
Cuando uno se refiere a la secuencia de ADN, indica la secuencia de nucleótidos en una de las hebras. Porque los nucleótidos están unidos a otros de manera predecible, sabiendo la secuencia de una hebra hace fácil deducir la secuencia de la otra.
Genes y la síntesis de proteínas
Los genes son las partes de la secuencia de ADN que instruyen a la maquinaria celular a sintetizar proteínas.
En otros organismos distintos bacteria, como las plantas, animales o humanos, los genes contienen dos tipos de secuencia de ADN: intrones y exones, los cuales están intercaladas por todo el gen. La secuencia de ADN en intrones no lleva instrucciones de células, mientras que los exones codifican las subunidades individuales de proteínas llamados aminoácidos.
¿Cómo los exones comunican cuál de los 20 aminoácidos necesita ser seleccionado para construir una proteína? Un conjunto de tres nucleótidos contiguos en una exón actúa como una identificación conocida como codón. Un codón corresponde a un aminoácido. Por otra parte, múltiples codones pueden corresponder al mismo aminoácido. Por ejemplo, el codón ATT, ATC, y ATA todos son codificadas para el aminoácido isoleucina.
En general, la expresión génica, o leer la información contenida en un gen y por ultimo producir una proteína, es un proceso de múltiples pasos. ARN o ácido ribonucleico, una pequeña, simplemente trenzada, cadena de nucleótidos es producida en un paso intermediario. En contraste con el ADN, el ARN contiene la azúcar ribosa y el nucleótido uracilo (U) en lugar de la timina (T).
El ADN provee el material de origen para la síntesis de un tipo de ARN conocido como ARN mensajero (ARNm), vía el proceso de transcripción. Acorde con los autores de “Molecular Biology of the Cell, 4th ed” (“Biología Molecular de la Célula, 4ta edición”) (Garland Science, 2002), durante la transcripción, una región de la doble hélice se desenreda y solo una de las hebras de ADN sirve como plantilla para la síntesis de ARN mensajero. Los nucleótidos en el resultante ARN mensajero son complementarios al ADN plantilla (con uracilo complementando a adenina).
De acuerdo con una artículo del 2008 publicado en la revista “Nature Education”, las regiones correspondientes a los intrones son después separadas, para después ser unidas para formar una hebra de ARN maduro. Esta hebra ahora actúa como una plantilla para la construcción de una proteína vía el proceso de translación. Durante la traslación, el codón del ARN mensajero instruye a la maquinaria celular para escoger al aminoácido específico. Por ejemplo, el codón AUU, AUC y AUA todos corresponden al aminoácido isoleucina.
Mutaciones
Las mutaciones son cambios que ocurren en la secuencia de nucleótidos del ADN. “Estos pueden ocurrir espontáneamente cuando el ADN está siendo replicado durante la división celular, aunque también pueden ser inducidas por factores ambientales, como químicos o radiación ionizante (Como los rayos UV)” dice Grace Boekhoff-Falk, una profesora asociada en el departamento de células y biología regenerativa en la Universidad de Winsconsin-Madison. De acuerdo al material publicado por el Centro de Aprendizaje de Ciencia Genética en la Universidad de Utah, los errores de replicación en células humanas ocurren para cada 100,000 nucleótidos, equivalente a la cantidad de alrededor 120,000 errores cada vez que la célula se divide. De todos modos las buenas noticias son que, en la mayoría de los casos, las células tienen la capacidad de reparar sus propios errores. O, el cuerpo destruye las células que no pueden ser reparadas, evitando de este modo que una población de aberrantes células se expanda.
Tipos de mutaciones
En general, las mutaciones caen en dos categorías – mutaciones somáticas y mutaciones germinales – de acuerdo con los autores de “Una Introducción al Análisis Genético, 7ma Edicion” (“An Introduction to Genetic Analysis, 7th Ed”) (W.H Freeman, 2000). Las mutaciones somáticas ocurren en las células con la misma denominación, células somáticas, las cuales se refieren a varias células del cuerpo de uno, que no están envueltas en la reproducción; células de la piel por ejemplo. Si la replicación de las células con mutaciones somáticas no es detenida, entonces la población de células aberrantes crecerá. De todos modos, las mutaciones somáticas no pueden ser transmitidas a la descendencia del organismo.
En la otra mano, las mutaciones germinales ocurren en las células germinales o las células reproductivas de un organismo multicelular; esperma u óvulos por ejemplo. Estas mutaciones pueden ser transferidas a la desendencia. Ademas, de acuerdo con “Genetics Home Reference Handbook”, estas mutaciones se trasladaran a casi todas las células del cuerpo de la descendencia.
De todos modos, basado en como una secuencia de ADN es cambiada (en lugar de donde), pueden ocurrir muchos tipos distintos de mutaciones. Por ejemplo, a veces un error en la replicación del ADN puede intercambiar un solo nucleótido y reemplazarlo por otro, así cambiando la secuencia de nucleótidos para solo un codón. De acuerdo con SciTable publicado por la revista Educación Natural (Nature Education), este tipo de error, también conocido como una sustitución de base puede llevar a las siguientes mutaciones:
Mutación de error de sentido (Missense mutation): En este tipo de mutaciones el codón alterado ahora corresponde a un aminoácido distinto. Como resultado el aminoácido incorrecto estará insertado en la proteína siendo sintetizada.
Mutación sin sentido (Nonsense mutation): En este tipo de mutaciones, en lugar de corresponder a un aminoácido, el codón alterado da la señal para que la transcripción se detenga. Así una hebra de ARN corta es producida y la proteína resultante es truncada o será no funcional.
Mutación silenciosa (Silent mutation): Dado que unos pocos codones distintos pueden corresponder al mismo aminoácido, a veces la sustitución de base no afecta cual aminoácido será seleccionado. Por ejemplo, ATT, ATC y ATA todas corresponden a Isoleucina. Si una sustitución de base se produjera en el codón ATT cambiando el último nucleótido (T) a C o una A, todo permanecería en la misma proteína resultante. La mutación seguiría indetectable, o permanecería silenciosa.
A veces un nucleótido es insertado o eliminado de la secuencia de ADN durante la replicación. O, un pequeño tramo de ADN es duplicado. Este error resulta en una mutación con desplazamiento (Frameshift mutation). Como un grupo de tres nucleótidos continuos forman un codón, una inserción, eliminación o duplicación cambia que los tres nucleótidos estén agrupados juntos y se lean como un codón. En esencia cambia el cuadro de lectura. Las mutaciones con desplazamiento pueden resultar en una cascada de aminoácidos incorrectos y resultando en una proteína que no va a funcionar adecuadamente.
Las mutaciones mencionadas hasta el momento son bastante estables. Esto es, incluso si una población de células aberrantes con cualquiera de estas mutaciones habría de replicarse y expandirse, la naturaleza de la mutación permanecería en cada célula resultante. Ahora bien, existe una clase de mutaciones llamadas mutaciones dinámicas (dynamic mutations). En este caso, una corta secuencia de nucleótidos se repite a sí mismo en la mutación inicial. No obstante, cuando una célula aberrante se divide, el número de nucleótidos repetidos pueden incrementarse. Este fenómeno es conocido como una expansión de repetición.
Impacto de las mutaciones
A menudo, mutación viene a la mente como la causa de varias enfermedades. Aunque hay varios ejemplos de esto (algunos listados abajo), de acuerdo con “Genetics Home Reference Handbook”, las mutaciones causantes de enfermedades son normalmente no muy comunes en la población general.
El síndrome X frágil es causado por una mutación dinámica y ocurre en 1 de cada 4,000 hombres y en 1 de cada 8,000 mujeres. Las mutaciones dinámicas son mucho más insidiosas dado que la severidad de la enfermedad puede incrementarse con el incremento del número de nucleótidos repetidos. En las personas con síndrome de X frágil, la secuencia de nucleótidos CGG repite más de 200 veces en un gen llamado FMR1 (para el que el número normal es de entre 5 y 40 repeticiones). Este elevado número de repeticiones CGG conduce a un retraso en las habilidades del habla y del lenguaje, algún nivel de discapacidad intelectual, la ansiedad y el comportamiento hiperactivo. Sin embargo, en aquellos con menor número de repeticiones (55-200 repeticiones), se considera que tienen inteligencia normal la mayoría de las veces. Dado que el gen FMR1 está en el cromosoma X, esta mutación también es heredable.
Una variante de hemoglobina adulta, conocido como hemoglobina S puede ocurrir debido a una mutación de sentido erróneo, lo que hace que el aminoácido valina para tomar el lugar de ácido glutámico. Si uno hereda el gen aberrante de ambos padres, conduce a una condición conocida como la enfermedad de células falciformes. La enfermedad toma su nombre del hecho de que las células rojas de la sangre, que son por lo general en forma de disco, se contraen y se asemejan a una hoz. Aquellos con la condición sufren de anemia, infecciones regulares y el dolor. Las estimaciones sugieren que la condición se presenta en 1 de cada 500 afroamericanos y alrededor de 1 en 1000 a 1,400 hispanoamericanos.
Las mutaciones también pueden ocurrir debido a factores ambientales. Por ejemplo, según un artículo de 2001 publicado en el Diario de Biomedicina y Biotecnología, los rayos UV del sol, especialmente las ondas UV-B, son responsables de causar mutaciones en un gen supresor de tumores llamado p53. El gen p53 mutado ha sido implicado en el cáncer de piel.
Las mutaciones tienen otras implicaciones importantes. Crean variación dentro de los genes en una población. De acuerdo con el Manual de Inicio Recursos Genética, variantes genéticas observadas en más de 1 por ciento de una población se llaman polimorfismos. Los diferentes ojos y cabello colores y los distintos grupos sanguíneos que pueden ocurrir, se deben a polimorfismos.
En el amplio esquema de las cosas, las mutaciones también pueden funcionar como herramientas de evolución, ayudando en el desarrollo de nuevos rasgos, características o especies. "La acumulación de múltiples mutaciones en un solo camino o en los genes que participan en un programa único de desarrollo es probable que sean responsables de la especiación [la creación de una nueva especie]", dijo Boekhoff-Falk.
De acuerdo con la fuente Entendiendo la Evolución (Undestanding Evolution) publicado por el Museo de Paleontología de la Universidad de California, solamente la línea de mutaciones germinales juega un papel en la evolución, ya que son hereditarias. También es importante tener en cuenta que las mutaciones son aleatorias, es decir, que no se producen para cumplir con los requisitos para una población dada.
Traducido de: http://www.livescience.com/53369-mutation.html
Fuente de la imagen del ADN en la parte superior: http://www.batanga.com/curiosidades/4971/10-curiosidades-sobre-el-adn-que-no-conocias
