En mutation er en sjælden, utilsigtet eller induceret ændring af genetisk information ( DNA eller RNA- sekvens ) i genomet .
Afhængigt af den del af genomet, der er påvirket, kan konsekvenserne af en mutation variere. En mutation siges at være arvelig, hvis den muterede genetiske sekvens overføres til næste generation (se kimlinjemutationer). Det er et af elementerne i den biologiske mangfoldighed og en af de mange faktorer, der kan muligvis deltage i udviklingen af arterne.
Vi kan skelne mellem forskellige typer mutationer.
En mutation siges at være seksuel, når den vedrører et kønskromosom, for eksempel X / Y hos pattedyr eller W / Z hos fugle. En mutation siges at være autosomal, når den påvirker et andet kromosom end kønskromosomerne .
En mutation siges at være punkt, når den påvirker et eller flere nukleotider af det samme gen.
Substitution mutationerDe indsættelser og sletninger er mutationer décalantes , og er de to typer af mutationer kaldes indels eller ramme-skift . Tilføjelse eller sletning af nukleotider, der ikke er multiple af 3, vil medføre en ændring i læserammen for den genetiske kode . På tidspunktet for oversættelsen genererer dette oftest et protein trunkeret ved udseendet af et for tidligt stopkodon.
Dette vedrører et stort antal nukleotider i DNA, så mutationen kan observeres, når der foretages en karyotype : duplikering, translokation, inversion, sletning, indsættelse.
Det kan også være et tab eller gevinst på kromosomer: trisomi , monosomi , aneuploidi .
Disse mutationer udvikler sig fra en generation til en anden, de svarer til vigtige gentagelser af visse tripletter på DNA-niveau (CAG og GGG). De findes i visse genetiske sygdomme ( Fragile X syndrom , Steinert myotonisk dystrofi , Huntingtons chorea ).
Hos flercellede dyr kan kimlinjemutationer overføres til afkom, i modsætning til somatiske mutationer .
Naturlige mutationer er tilfældige, men deres forekomst kan forøges med mutagener , undertiden benævnt mutagene midler eller faktorer . Disse midler kan være fysiske ( ioniserende stråling ) eller kemiske ( alkyleringsmidler , reaktive iltderivater osv.).
I dag gør metoder det muligt at forårsage ikke-tilfældige og kontrollerede mutationer (Type og art af mutationen). Disse metoder anvendes især i vid udstrækning til undersøgelse af levende organismer, for eksempel for at forstå funktionerne i et gen.
Mutation defineres traditionelt som en modifikation af genetisk information, der kan påvises ved en pludselig og arvelig ændring, der forekommer på niveauet med et eller flere tegn.
Imidlertid har demonstrationen af DNA som et kemisk medium til genetisk information og muligheden for at få adgang til nøjagtig viden om nukleotidsekvensen, der karakteriserer hvert kromosom, ført til, at en ny definition er foreslået: enhver ændring, der påvirker sekvensen af nukleotider er en mutation.
Derudover defineres mutationen på niveauet af populationsgenetik som en fejl i den ensartede reproduktion af den arvelige besked. Det vil omdanne en allel til en anden, ny eller allerede til stede i befolkningen. Mutationens rolle i evolutionen er vigtig, fordi den er den eneste kilde til nye gener. Men når et nyt gen er opstået ved mutation, er det heller ikke dette, der bestemmer dets skæbne: hvis den nye allel er ugunstig, eller hvis den er mere gunstig end den gamle, er det hovedsagelig selektion, som vil bestemme den efterfølgende udvikling af dens frekvens.
På befolkningsniveau er vækst ikke et problem for mutationen, det hjælper populationer, snarere tværtimod ... Persistens afhænger generelt af vedligeholdelsen af genetisk information. For at gøre dette prøver organismer at reducere mutationshastigheden og begrænse skadelige mutationer. Tilpasning til nye situationer kræver dog en vis grad af genetisk variation for at tilvejebringe sjældne gavnlige mutationer. Antallet af genererede mutationer i en population bestemmes af dens størrelse såvel som mutationshastigheden for de organismer, der komponerer den. Derfor bør en organisme for enhver given levedygtig populationsstørrelse udvikle en mutationshastighed, der optimerer balancen mellem almindelige skadelige mutationer og sjældnere mutationer, der øger langvarig kondition (chancer for overlevelse). Det optimale forhold mellem omkostninger og fordele forventes at ændre sig efter omstændigheder og livsstil. En høj mutationshastighed kan være dyrere for en veltilpasset organisme i et konstant miljø end for en dårligt tilpasset organisme i et meget variabelt miljø.
Imidlertid kontrolleres og minimeres mutationshastigheder ved udvælgelse . Teoretiske og eksperimentelle argumenter viser, at mutatorer kan vælges positivt, når de vokser i visse medier - når udvælgelse kræver gentagne sjældne mutationer, og den tilgængelige variabilitet er begrænset. Dette sker, når populationen er lille, og sjældne mutanter kan tilbyde en selektiv fordel (fx antibiotikaresistens ), der er større end den selektive pris for fitness.
For eksempel i tilfælde af HIV- 1 forekommer mange tilfældige mutationer i hver cyklus af viral replikation på grund af den lave troværdighed af den omvendte transkriptase under transkription. Nogle af disse mutationer vælges ved det tryk, der udøves af CTL'erne (cytotoksiske T-lymfocytter), der er specifikke for vildtype- epitoper . Imidlertid synes de tidlige cytotoksiske reaktioner at have en mere effektiv antiviral aktivitet, og flugt fra dette respons ville forklare viral progression.
Nogle af sygdommene (genetiske sygdomme) eller visse aborter er knyttet til skadelige eller dødelige mutationer i den genetiske arv. Mutationshastigheden for den menneskelige art er ikke kendt. Naturlige mutationer og / eller på grund af eksponering for mutagene produkter af menneskeskabt oprindelse vedrører også den menneskelige art; Eksponering for visse radioaktive produkter (sammenhæng med nukleare test, ulykker) og for forskellige mutagene kemikalier kan have øget mutationshastigheden inden for arten. Det har været genstand for adskillige evalueringer, herunder for nylig ved måling af autozygositeten af en population af Hutterites, der er genealogisk velkendt for at estimere, inden for denne population, mutationshastigheden af humane genetiske sekvenser på flere generationer. Sekventeringen af hele genomer på 5 trioer, der hver består af to forældre og et barn, gjorde det muligt at identificere 44 segmenter, der er berørt af autozygositet. På dette grundlag og fra nukleotidpolymorfismen opnåede forskerne en "SNV ( single-nucleotid variants )" - mutationshastighed på 1,20 × 10-8 mutationer pr. Basepar og per generation. Mutationshastigheden for baser inden for CpG-dinukleotider (9,72 × 10-8 ) var 9,5 gange den for ikke-CpG-baser, og disse mutationer er 85% af faderlig oprindelse. Den ikke-ensartede fordeling af mutationer antyder "mutations-hot spots" eller eksistensen af andre langsigtede genkonverteringssteder.
Flere typer mutationer kan forstyrre præsentationen af CMHI-molekyler. Mutationer på niveauet af de flankerende regioner af epi-topene vil interferere med kapaciteten til spaltning af virale proteiner af proteasomet eller med kapaciteten til intracellulær transport. Ligeledes nedsætter mutationer, der forekommer i selve epi-topene, den specifikke cytotoksiske respons af CTL'er. Hvis disse mutationer vedrører forankringsresterne, vil de sandsynligvis forårsage en fuldstændig inhibering af peptidets binding til CMHI-molekylerne.
Endelig kan mutationer, der påvirker aminosyrerne, der flankerer forankringsresterne i epi-topene, også ændre interaktionen mellem peptidet og CMHI-molekylet af konformationsmæssige årsager. Hvis CMHI-peptidbindingen ikke er stabil, adskilles komplekset, inden det mødes med TCR (T-cellereceptor), og genkendelse af det virale peptid ved hjælp af CTL kan ikke finde sted.
HIV udsættes for tre typer tryk: strukturel, funktionel og selektion udøvet af det specifikke immunrespons i de immunogene regioner. Således tvinges virussen konstant i en balance mellem mutationerne af epi-topene, som tillader undslipning af genkendelse af dette specifikke immunrespons, men disse mutationer kan medføre en funktionel omkostning for virussen, såsom et fald i dets kapacitet. replikering eller dets smitsomme kraft. Yderligere er det i tilfælde af CTL-respons blevet vist, at mutationer, der forekommer i de funktionelt vigtige regioner, ville føre til manglende levedygtighed af mutanterne. For eksempel vil flugtmutationer i regionen, der koder for Gag p-24 , producere et signifikant fald i fitness, på den anden side har mutationer i Env gp 120- regionerne ingen effekt for viral fitness.
Hvis en mutation påvirker en kimcelle, der deltager i befrugtning, overføres den til individet, der er resultatet af denne befrugtning, og vil være til stede i hver af dens celler. Denne mutation kan give en selektiv fordel eller tværtimod være skadelig, endda dødelig. Det er grundlaget for evolutionens proces . Det accepteres imidlertid, at de fleste mutationer forekommer mellem gener , i introner eller på steder, hvor deres virkning er minimal ( synonyme mutationer ); de fleste mutationer er derfor sandsynligvis neutrale og holdes kun (eller elimineres) tilfældigt ( genetisk drift ).
På den anden side, som det er tilfældet med de fleste utilsigtede mutationer (forårsaget af bestråling eller kemiske stoffer), overføres mutationen ikke , hvis den påvirker somatiske celler , og vil derfor kun påvirke den person, der har gennemgået den direkte. Hvis cellerne aktivt deler sig, er der mulighed for, at der dannes en tumor, som kan udvikle sig til kræft . Omvendt, hvis der ikke er nogen opdeling, er effekten ubetydelig.
Mutationer kan klassificeres efter deres fænotypiske konsekvenser :
Mutationer forklarer eksistensen af variation mellem gener. Mutationerne, der er mindst gunstige (skadelige) for overlevelsen af den person, der bærer dem, elimineres ved leget med naturlig selektion , mens de fordelagtige mutationer, meget sjældnere, har tendens til at akkumulere. De fleste mutationer siges at være neutrale, de påvirker ikke den selektive værdi og kan løses eller forsvinder ved genetisk drift . De spontane mutationer , generelt sjældne og tilfældige, så den vigtigste kilde til genetisk mangfoldighed , drivkræfter for evolution . Årsagerne til spontane mutationer er ukendte.
De pludselige mutationer genereret af cæsium 137 ( 137 Cs ), f.eks. Under Tjernobyl-ulykken , har ingen gavnlig og varig virkning på genomets art, her mand. Men virkningerne af 137 Cs er kun bemærkelsesværdige på afkomene til det forurenede individ (hjertefejl, knoglemineraliseringsforstyrrelser, hjernesygdomme) til høj dosiseksponering
De forskellige teknikker til mutationsdetektion er: