En mutasjon er en sjelden, tilfeldig eller indusert endring av genetisk informasjon ( DNA eller RNA- sekvens ) i genomet .
Avhengig av hvilken del av genomet som er berørt, kan konsekvensene av en mutasjon variere. En mutasjon sies å være arvelig hvis den muterte genetiske sekvensen overføres til neste generasjon (se kimlinjemutasjoner). Det er ett av elementene i mangfoldet og en av de mange faktorer som muligens kan delta i utviklingen av arten.
Vi kan skille mellom flere typer mutasjoner.
En mutasjon sies å være seksuell når det gjelder et kjønnskromosom, for eksempel X / Y hos pattedyr eller W / Z hos fugler. En mutasjon sies å være autosomal når den påvirker et annet kromosom enn kjønnskromosomene .
En mutasjon sies å være punkt når den påvirker ett eller flere nukleotider av samme gen.
SubstitusjonsmutasjonerDe innsettinger og delesjoner er mutasjoner décalantes , og er de to typer mutasjoner som kalles indels eller ramme-skift . Tilsetning eller sletting av nukleotider, ikke flere av 3, vil føre til en endring i leserammen for den genetiske koden . På tidspunktet for oversettelsen vil dette oftest generere et protein avkortet av utseendet til et for tidlig stoppkodon.
Dette gjelder et stort antall nukleotider i DNA slik at mutasjonen kan observeres når man lager en karyotype : duplisering, translokasjon, inversjon, sletting, innsetting.
Det kan også være tap eller gevinst av kromosomer: trisomi , monosomi , aneuploidi .
Disse mutasjonene utvikler seg fra en generasjon til en annen, de tilsvarer viktige gjentakelser av visse tripletter på DNA-nivå (CAG og GGG). De finnes i visse genetiske sykdommer ( Fragile X syndrom , Steinert myotonisk dystrofi , Huntingtons chorea ).
Hos flercellede dyr kan kimlinjemutasjoner overføres til avkom, i motsetning til somatiske mutasjoner .
Naturlige mutasjoner er tilfeldige, men hyppigheten av forekomst kan økes av mutagener , noen ganger referert til som mutagene midler eller faktorer . Disse midlene kan være fysiske ( ioniserende stråling ) eller kjemiske ( alkyleringsmidler , reaktive oksygenderivater , etc.).
I dag gjør metoder det mulig å forårsake ikke-tilfeldige og kontrollerte mutasjoner (Type og art av mutasjonen). Disse metodene er spesielt mye brukt i studien av levende organismer, for eksempel for å forstå funksjonene til et gen.
Mutasjon er tradisjonelt definert som en modifisering av genetisk informasjon, som kan oppdages ved en plutselig og arvelig forandring som skjer på nivået med en eller flere tegn.
Imidlertid har demonstrasjonen av DNA som et kjemisk medium for genetisk informasjon og muligheten for å få tilgang til presis kunnskap om nukleotidsekvensen som karakteriserer hvert kromosom, ført til at en ny definisjon blir foreslått: enhver endring som påvirker sekvensen av nukleotider er en mutasjon.
I tillegg, på nivået av populasjonsgenetikk, er mutasjonen definert som en feil i den konsistente reproduksjonen av arvelig melding. Det vil forvandle en allel til en annen, ny eller allerede til stede i befolkningen. Rollen til mutasjon i evolusjon er viktig, fordi den er den eneste kilden til nye gener. Men når et nytt gen har dukket opp ved mutasjon, er det ikke dette som vil avgjøre skjebnen heller: Hvis den nye allelen er ugunstig, eller hvis den er gunstigere enn den gamle, er det hovedsakelig seleksjon. Som vil bestemme den påfølgende evolusjonen. av frekvensen.
På populasjonsnivå er ikke vekst et problem for mutasjonen, det hjelper populasjoner, snarere tvert imot ... Persistens er generelt avhengig av vedlikehold av genetisk informasjon. For å gjøre dette prøver organismer å redusere mutasjonshastigheten og begrense skadelige mutasjoner. Imidlertid krever tilpasning til nye situasjoner et visst nivå av genetisk variasjon for å gi sjeldne gunstige mutasjoner. Antall mutasjoner generert i en populasjon bestemmes av størrelsen så vel som mutasjonshastigheten til organismer som komponerer den. Derfor, for en gitt levedyktig populasjonsstørrelse, bør en organisme utvikle en mutasjonsrate som optimaliserer balansen mellom vanlige skadelige mutasjoner og sjeldnere mutasjoner som øker langvarig kondisjon (sjanser til å overleve). Det forventes at det optimale forholdet mellom kostnader og fordeler vil endres med omstendigheter og livsstil. En høy mutasjonsrate kan være dyrere for en godt tilpasset organisme i et konstant miljø enn for en dårlig tilpasset organisme i et svært variabelt miljø.
Imidlertid blir mutasjonshastigheter kontrollert og minimert ved valg . Teoretiske og eksperimentelle argumenter viser at mutatorer kan velges positivt når de vokser i visse medier - når valg krever gjentatte sjeldne mutasjoner og den tilgjengelige variabiliteten er begrenset. Dette skjer når populasjonen er liten, og sjeldne mutanter kan tilby en selektiv fordel (f.eks. Antibiotikaresistens ) som er større enn den selektive kostnaden for kondisjon.
For eksempel, når det gjelder HIV -1- viruset, forekommer mange tilfeldige mutasjoner i hver syklus av viral replikasjon på grunn av den lave troskapen til revers transkriptase under transkripsjon. Noen av disse mutasjonene vil bli valgt av trykket som utøves av CTL (cytotoksiske T-lymfocytter) som er spesifikke for villtype- epitoper . Imidlertid ser de tidlige cytotoksiske responsene ut til å ha en mer effektiv antiviral aktivitet, og flukten fra denne responsen vil forklare viral progresjon.
Noen av sykdommene (genetiske sykdommer) eller visse aborter er knyttet til skadelige eller dødelige mutasjoner i den genetiske arven. Mutasjonshastigheten til den menneskelige arten er ikke kjent. Naturlige mutasjoner og / eller på grunn av eksponering for mutagene produkter av menneskeskapt opprinnelse gjelder også menneskearten; Eksponering for visse radioaktive produkter (sammenheng med kjernefysiske tester, ulykker) og for forskjellige mutagene kjemikalier kunne ha økt mutasjonsgraden i arten. Det har vært gjenstand for flere evalueringer, inkludert nylig ved å måle autozygositeten til en populasjon av hutteritter som er genealogisk kjent for å estimere, innen denne populasjonen, mutasjonsgraden for menneskelige genetiske sekvenser på flere generasjoner. Sekvenseringen av hele genomer på 5 trioer bestående av to foreldre og et barn gjorde det mulig å identifisere 44 segmenter som var bekymret for autozygositet. På dette grunnlag og fra nukleotidpolymorfismen oppnådde forskerne en "SNV ( single-nucleotide variants )" -mutasjonshastighet på 1,20 × 10-8 mutasjoner per basepar og per generasjon. Mutasjonshastigheten for baser i CpG-dinukleotider (9,72 × 10-8 ) var 9,5 ganger den for ikke-CpG-baser, og disse mutasjonene er 85% av faderlig opprinnelse. Den ikke-ensartede fordelingen av mutasjoner antyder "mutasjonspunkt" eller eksistensen av andre langsiktige genkonverteringssteder.
Flere typer mutasjoner kan forstyrre presentasjonen av CMHI-molekyler. Mutasjoner på nivået av de flankerende regionene til epi-topene vil forstyrre kapasiteten for spaltning av virale proteiner av proteasomet eller med kapasiteten for intracellulær transport. På samme måte reduserer mutasjoner som forekommer i epi-topene selv den spesifikke cytotoksiske responsen av CTL. Hvis disse mutasjonene gjelder forankringsrester, vil de sannsynligvis forårsake en fullstendig inhibering av bindingen av peptidet til molekylene i CMHI.
Til slutt kan mutasjoner som påvirker aminosyrene som flankerer ankerrestene i epi-topene, også endre interaksjonen mellom peptidet og CMHI-molekylet av konformasjonsmessige årsaker. Hvis CMHI-peptidbindingen ikke er stabil, blir komplekset dissosiert før det møtes med TCR (T-celle reseptor), og gjenkjenning av viruspeptidet ved CTL kan ikke finne sted.
HIV utsettes for tre typer trykk: strukturelt, funksjonelt og seleksjon utøves av den spesifikke immunresponsen i de immunogene regionene. Dermed blir viruset konstant tvunget til en balanse mellom mutasjonene til epi-topene, som gjør det mulig å unnslippe anerkjennelse av denne spesifikke immunresponsen, men disse mutasjonene kan indusere en funksjonell kostnad for viruset, for eksempel en reduksjon i dets kapasitet. av replikering eller av dens smittsomme kraft. Videre, i tilfelle av CTL-respons, har det blitt vist at mutasjoner som forekommer i de funksjonelt viktige regionene vil føre til manglende levedyktighet til mutantene. For eksempel vil fluktmutasjoner i regionen som koder for Gag p-24 gi en betydelig reduksjon i kondisjon, på den annen side har mutasjoner i Env gp 120- regionene ingen effekt for viral kondisjon.
Hvis en mutasjon påvirker en kimcelle som deltar i befruktning, overføres den til individet som følge av denne befruktningen, og vil være tilstede i hver av dens celler. Denne mutasjonen kan gi en selektiv fordel eller tvert imot være skadelig, til og med dødelig. Det er grunnlaget for evolusjonsprosessen . Imidlertid er det akseptert at de fleste mutasjoner forekommer mellom gener , i introner eller på steder der deres effekt er minimal ( synonyme mutasjoner ); de fleste mutasjoner er derfor sannsynligvis nøytrale, og blir bare holdt (eller eliminert) ved en tilfeldighet ( genetisk drift ).
På den annen side, som det er tilfelle for de fleste tilfeldige mutasjoner (forårsaket av bestråling eller kjemiske stoffer) , blir mutasjonen ikke overført hvis den påvirker somatiske celler , og vil derfor bare påvirke pasienten som har gjennomgått den direkte. Hvis cellene deler seg aktivt, er det muligheten for at det oppstår en svulst som kan utvikle seg til kreft . Omvendt, hvis det ikke er noen deling, er effekten ubetydelig.
Mutasjoner kan klassifiseres i henhold til deres fenotypiske konsekvenser :
Mutasjoner forklarer eksistensen av variasjon mellom gener. Mutasjonene som er minst gunstige (skadelige) for overlevelsen til den enkelte som bærer dem, elimineres av spillet av naturlig seleksjon , mens de fordelaktige mutasjonene, mye sjeldnere, har en tendens til å akkumulere. De fleste mutasjoner sies å være nøytrale, de påvirker ikke den selektive verdien og kan fikses eller forsvinne av genetisk drift . De spontane mutasjonene , generelt sjeldne og tilfeldige, så den viktigste kilden til genetisk mangfold , drivkrefter for evolusjon . Årsakene til spontane mutasjoner er ukjente.
De plutselige mutasjonene generert av cesium 137 ( 137 Cs ), for eksempel under Tsjernobyl-ulykken , har ingen gunstig og varig effekt på genomet til en art, her mennesket. Men effekten av 137 Cs er bare bemerkelsesverdig på avkomene til den forurensede personen (hjertefeil, beinmineraliseringsforstyrrelser, hjernesykdommer) for høy doseeksponering
De forskjellige teknikkene for mutasjonsdeteksjon er: