Biologijoje mutacija yra genetinės medžiagos pokytis. Tai reiškia, kad keičiasi DNR arba chromosomos, kuriose yra DNR. Šie pokyčiai yra paveldimi (gali būti perduodami kitai kartai), nebent jie turi mirtiną poveikį. Mutacija gali paveikti vieną nukleotidą, didelį geną arba visą chromosomą — todėl mutacijų poveikis organizmui gali būti labai įvairus.

Mutacijos gali įvykti dėl kelių priežasčių. Taip gali nutikti dėl klaidų, kai mejozės metu susidaro gametos (kiaušinėliai ir spermatozoidai). Mutacijas gali sukelti radiacijos arba tam tikrų cheminių medžiagų sukelta žala. Mutacijos atsiranda atsitiktinai. Be to, žmogaus ląstelėse veikia DNR taisymo mechanizmai, kurie sumažina klaidų skaičių, tačiau taisymo sistema ne visada būna tobula — ypač po intensyvios spinduliuotės ar cheminių pažeidimų.

Be to, pagal išvestinę, individas, turintis mutaciją, gali būti vadinamas mutantu arba mutacija. Taip pat ir požymis (charakteris), kurį mutacija paveikė akivaizdžiausiai. Praktikoje dažnai skiriamas mutacijos tipas (pvz., geninė ar chromosominė) ir tai, ar ji atsirado gemalinėse (paveldimose) ar somatinėse (nepaveldimose) ląstelėse.

Mutacijų tipai

  • Geninės mutacijos — pakeičia vieną ar kelis nukleotidus geno viduje (pvz., taškinės mutacijos, insercijos ar delecijos). Tokios mutacijos gali pakeisti baltymą arba visiškai sustabdyti jo sintezę.
  • Chromosominės mutacijos — apima didesnius chromosomos pokyčius: delecijos, duplikacijos, inversijos, translokacijos. Jos dažnai veikia daug genų vienu metu.
  • Genominės (kariotipinės) mutacijos — keičia chromosomų skaičių, pavyzdžiui, aneuploidija (trisomijos, monosomijos) arba poliploidija.
  • Gemalinės vs somatinės — gemalinės mutacijos pasireiškia lytinėse ląstelėse ir gali būti perduodamos palikuonims; somatinės mutacijos lieka tik to individo audiniuose (pvz., vėžio ląstelėse) ir nepaveldimos.

Mutacijų priežastys ir mechanizmai

  • Spontaninės klaidos — DNR replikacijos metu gali įvykti netikslumų; kai kurios klaidos lieka nepataisytos.
  • Išoriniai mutagenai — jonizuojanti spinduliuotė, ultravioletinė šviesa, tam tikros cheminės medžiagos ir kai kurie virusai gali pažeisti DNR.
  • Rekombinacija ir chromosomų perorientavimai — klaidos mejozės metu gali sukelti chromosomų perkėlimus arba netolygų suskaidymą.
  • DNR taisymo sistemos sutrikimai — jei funkcionuoja taisymo mechanizmų defektai, mutacijų skaičius gali padidėti (pvz., paveldimos sindromai, susiję su taisymo genų mutacijomis).

Pasekmės

  • Neutralios mutacijos — dauguma mutacijų neturi pastebimo poveikio fenotipui.
  • Kenksmingos mutacijos — gali sukelti ligas (pvz., kai kurie paveldimi sindromai), sutrikdyti vystymąsi ar leisti vystytis navikams (somatinės mutacijos).
  • Naudingos mutacijos — retai, bet gali suteikti prisitaikymo pranašumą (pvz., kai kurių ligų atsparumo ar aplinkos prisitaikymo atvejai). Tokios mutacijos yra evoliucijos varomoji jėga.

DNR taisymas ir mutacijų kontrolė

Organizmai turi kelis DNR taisymo kelius: tikslioji replikacijos kontrolė (proofreading), ekscizinis taisymas, bazinis taisymas, nukleotidų išskyrimo taisymas ir dvigubų grandinių pažeidimų taisymas. Šie mechanizmai žymiai sumažina mutacijų dažnį, tačiau nevisi pažeidimai yra pataisomi.

Diagnostika ir panaudojimas

Mutacijos aptinkamos įvairiais metodais: klasikinis kariotipavimas (dideliems chromosomų pokyčiams), FISH, PCR pagrindu atliekami tyrimai ir naujausios kartos DNR sekoskaita (NGS) — leidžia nustatyti tiek taškines mutacijas, tiek didesnius genominius pokyčius. Mutacijų analizė svarbi medicinoje (paveldimų ligų diagnostika, vėžio genetika), žemės ūkyje (genetinė selekcija) ir evoliucinėje biologijoje.

Pavyzdžiai

  • Trisomija 21 (Dauno sindromas) — chromosominė mutacija, kurioje yra papildoma 21-os chromosomos kopija.
  • Serpų ląstelių anemija (sickle cell) — taškinė mutacija beta hemoglobino gene; heterozigotai yra atsparūs maliarijai, todėl mutacija kartais turi ir adaptacinį elementą.
  • Vėžio atvejai — daugelis navikų atsiranda dėl somatinių mutacijų, kurios dysreguliuoja ląstelių augimą ir dalijimąsi.

Santrauka

Mutacija yra pagrindinis genetinės įvairovės šaltinis ir svarbus evoliucijos variklis. Jos gali būti neutralios, žalingos arba retai — naudingos. Mutacijų atsiradimą lemia tiek vidiniai procesai (replikacijos klaidos, rekombinacija), tiek išoriniai veiksniai (spinduliuotė, cheminiai mutagenai). DNR taisymo mechanizmai bei modernūs diagnostikos metodai padeda suprasti mutacijų kilmę ir jų pasekmes žmonių sveikatai ir biologinei įvairovei.