Mutagénesis

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La mutagénesis  es el proceso de cambiar la secuencia de nucleótidos del ADN , lo que lleva a mutaciones . Hay mutagénesis natural (espontánea) y artificial (inducida).

Mutagénesis natural

La mutagénesis natural o espontánea se produce como resultado de la exposición al material genético de los organismos vivos a factores ambientales mutagénicos, como la radiación ultravioleta , la radiación y los mutágenos químicos.

La teoría mutacional de De Vries y Korzhinsky

La teoría de la mutación es uno de los fundamentos de la genética. Se originó poco después del redescubrimiento de las leyes de Mendel por parte de T. Morgan a principios del siglo XX. Se puede considerar que se originó casi simultáneamente en la mente del holandés Hugo De Vries [1] (1903) y del botánico ruso Sergei Korzhinsky [2] (1899). Sin embargo, la prioridad en la primacía y en la mayor coincidencia de las disposiciones iniciales corresponde al científico ruso [3] . El reconocimiento de la principal importancia evolutiva de la variabilidad discreta y la negación del papel de la selección natural en las teorías de Korzhinsky y De Vries se asoció con la irresoluble en ese momento de la contradicción en la enseñanza evolutiva de Charles Darwin entre el importante papel de pequeñas desviaciones y su "absorción" durante los cruces (ver la pesadilla de Jenkin ).

Las principales disposiciones de la teoría de la mutación de Korzhinsky-De Vries se pueden reducir a los siguientes puntos [4] :

  1. Las mutaciones son repentinas, como cambios discretos en los rasgos.
  2. Las nuevas formas son sostenibles
  3. A diferencia de los cambios hereditarios, las mutaciones no forman series continuas, no se agrupan en torno a ningún tipo medio. Representan saltos cualitativos de cambio.
  4. Las mutaciones se manifiestan de diferentes maneras y pueden ser tanto beneficiosas como perjudiciales.
  5. La probabilidad de detectar mutaciones depende del número de individuos estudiados
  6. Mutaciones similares pueden ocurrir más de una vez.

Mecanismos de mutagénesis

La secuencia de eventos que conducen a una mutación (dentro de un cromosoma) es la siguiente: se produce daño en el ADN (si el daño en el ADN no se ha reparado correctamente, mutará); si ocurrió daño en un fragmento de ADN insignificante ( intrón ) o si ocurrió daño en un fragmento significativo ( exón ) y, debido a la degeneración del código genético, no ocurrió ninguna violación, entonces se forman mutaciones, pero sus consecuencias biológicas serán insignificantes o puede que no aparezca.

La mutagénesis a nivel del genoma también puede estar asociada con inversiones, deleciones, translocaciones, poliploidía y aneuploidía, duplicación, triplicación (duplicación múltiple) de algunos cromosomas, etc.

Actualmente, se utilizan varios enfoques para explicar la naturaleza y los mecanismos de formación de mutaciones puntuales. Dentro del modelo de polimerasa generalmente aceptado, se cree que la única razón para la formación de mutaciones de sustitución de bases son los errores esporádicos en las ADN polimerasas . Actualmente, este punto de vista es generalmente aceptado [5] .

James Watson y Francis Crick propusieron un modelo tautomérico para la mutagénesis espontánea [6] . Explicaron la aparición de mutaciones de sustitución de bases espontáneas por el hecho de que cuando una molécula de ADN entra en contacto con moléculas de agua, los estados tautoméricos de las bases de ADN pueden cambiar.

La formación de mutaciones de sustitución de bases se explica por la formación de pares de Hoogsteen [7] . Se supone que una de las razones de la formación de mutaciones de sustitución de bases es la desaminación de la 5-metilcitosina [8] .

Mutaciones puntuales

Una mutación puntual, o sustitución de una sola base, es un tipo de mutación en el ADN o el ARN , que se caracteriza por la sustitución de una base nitrogenada por otra. El término también se aplica a sustituciones de nucleótidos emparejados. El término mutación puntual también incluye inserciones y deleciones de uno o más nucleótidos.

Mutaciones cromosómicas

  1. Inversiones
  2. Translocaciones recíprocas
  3. Eliminaciones
  4. Duplicaciones y translocaciones de inserción

Mutaciones genómicas

  1. aneuploidía
  2. poliploidía

Mutaciones nucleares y citoplasmáticas

Mutagénesis artificial

La mutagénesis artificial es muy utilizada para estudiar proteínas y mejorar sus propiedades ( evolución dirigida  (inglés) ).

Mutagénesis no dirigida

Mediante el método de mutagénesis no dirigida, se realizan cambios en la secuencia de ADN con cierta probabilidad. Los factores mutagénicos (mutágenos) pueden ser varios efectos químicos y físicos: sustancias mutagénicas, ultravioleta , radiación . Tras obtener los organismos mutantes, se lleva a cabo la identificación (screening) y selección de aquellos que satisfacen los objetivos de la mutagénesis. La mutagénesis no dirigida es más laboriosa y su implementación se justifica si se desarrolla un sistema de selección de mutantes eficaz.

Mutagénesis dirigida

En la mutagénesis dirigida al sitio, los cambios en el ADN se realizan en un sitio predeterminado (sitio de unión al ADN ). Para ello, se sintetizan moléculas cortas de ADN monocatenario ( cebadores ) que son complementarias al ADN diana, excepto en el sitio de mutación.

Mutagénesis según Kunkel

Para un plásmido bacteriano (ADN circular extracromosómico), se obtiene una plantilla de uridina, es decir, la misma molécula en la que los residuos de timina son reemplazados por uracilo . El cebador se recoce sobre la matriz, se completa in vitro con la ayuda de una polimerasa a un ADN circular complementario a la matriz de uridina. Las células bacterianas se transforman con ADN híbrido bicatenario, dentro de la célula se destruye la matriz de uridina como extraña, y se completa una segunda cadena sobre el ADN circular monocatenario mutante. La eficacia de este método de mutagénesis es inferior al 100%.

Mutagénesis por PCR

La reacción en cadena de la polimerasa permite la mutagénesis dirigida al sitio utilizando un par de cebadores que portan la mutación, así como la mutagénesis aleatoria. En este último caso, la polimerasa introduce errores en la secuencia de ADN en condiciones que reducen su especificidad.

Agentes mutagénicos

Entre los factores que causan las mutaciones se encuentran los físicos (por ejemplo, la exposición a la radiación) y los químicos (xenobióticos, etc.).

Los mutágenos más potentes incluyen la etilenamina y sus derivados. La mutagénesis química de la etilenamina está asociada al ataque de su molécula a la pirimidina, precursora del ácido desoxirribonucleico 1 . La aziridina, como la zoocumarina, puede penetrar fácilmente en la piel.

Véase también


Notas

  1. ↑ Papas G. de, Seleccionado. producción, trans. [del francés], M., 1932
  2. ↑ Korzhinsky S., Heterogénesis y evolución. Sobre la teoría del origen de las especies, San Petersburgo, 1899 (Apuntes de la Academia de Ciencias. Serie 8. Departamento de Física y Matemáticas, vol. 9, núm. 2)
  3. ↑ Teoría de la mutación // Gran Enciclopedia Soviética  : [en 30 volúmenes]  / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M.  : Enciclopedia soviética, 1969-1978.
  4. ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genética con las bases de la selección. M.: Escuela superior. 1989. 591 págs.
  5. ↑ Pham P., Bertram J. G, O'Donnell M., Woodgate R., Goodman MF Un modelo para mutaciones dirigidas a lesiones SOS en Escherichia coli // Nature. - 2001. - 408. - Pág. 366-370.
  6. ↑ Watson JD, Crick FHC La estructura del ADN // Cold Spring Harbor Symp. cuant. Biol. - 1953. - 18. - P. 123-131.
  7. ↑ Poltev V.I., Shulyupina N.V., Bruskov V.I. Mecanismos moleculares de biosíntesis correcta de ácidos nucleicos. Estudio informático del papel de las polimerasas en la formación de pares irregulares por bases modificadas // Molek. biológico - 1996. - 30. - S. 1284-1298.
  8. ↑ Cannistraro VJ, Taylor JS Aceleración de la desaminación de 5-metilcitosina en dímeros de ciclobutano por G y sus implicaciones para los puntos críticos de mutación C-a-T inducidos por UV // J. Mol. Biol. - 2009. - 392. - Pág. 1145-1157.
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