6.6: Mutaciones

Superhéroe

¿Puede una mutación realmente convertir a una persona en un superhéroe? Por supuesto que no, pero las mutaciones a veces pueden resultar en cambios drásticos en los seres vivos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Superhéroe

¿Qué son las mutaciones?

Las mutaciones son cambios aleatorios en la secuencia de bases en el ADN. La palabra mutación puede hacerte pensar en las Tortugas Ninja, pero esa es una tergiversación de cómo funcionan la mayoría de las mutaciones. En primer lugar, todos tienen mutaciones. De hecho, la mayoría de las personas tienen docenas o incluso cientos de mutaciones en su ADN. En segundo lugar, desde una perspectiva evolutiva, las mutaciones son esenciales. Son necesarios para que la evolución ocurra porque son la fuente última de todas las nuevas variaciones genéticas en cualquier especie.

Causas de las Mutaciones

¿Es posible que las mutaciones ocurran espontáneamente, o tiene que haber una causa de la mutación? Bueno, la respuesta es que ambos son posibles. La mutagénesis es un proceso por el cual la información genética de un organismo se cambia de manera estable, dando como resultado una mutación. En la naturaleza, la mutagénesis puede llevar a cambios que son beneficiosos o dañinos o que no tienen ningún efecto. Las mutaciones dañinas pueden conducir al cáncer y a diversas enfermedades hereditarias, pero las mutaciones beneficiosas son la fuerza impulsora de la evolución. En 1927, Hermann Muller demostró por primera vez los efectos de mutaciones con cambios observables en los cromosomas. Indujo mutagénesis irradiando moscas de la fruta con rayos X,

La mutagénesis puede ocurrir espontáneamente o ser inducida. Una mutación espontánea simplemente puede suceder. Estas mutaciones no son causadas por un factor ambiental sino que ocurren durante procesos celulares normales. Una mutación espontánea puede deberse a un error durante la replicación del ADN. Las mutaciones también pueden ocurrir durante la mitosis y la meiosis. Una mutación causada por un factor ambiental, o mutágeno, se conoce como mutación inducida. Los mutágenos típicos incluyen productos químicos, como los inhalados mientras se fuma, y la radiación, como los rayos X, la luz ultravioleta y la radiación nuclear. Diferentes mutágenos tienen diferentes modos de dañar el ADN. Por ejemplo, la radiación UV puede provocar la unión entre los nucleótidos adyacentes en una cadena de molécula de ADN (Figura\(\PageIndex{2}\)). Esto prohíbe la unión normal entre nucleótidos complementarios de la cadena opuesta. Esto provoca un abultamiento en la doble hélice del ADN. Si este daño no se repara, lleva a la mutación. Por lo tanto, el ADN no se replica, transcribe y traduce correctamente.

Figura\(\PageIndex{2}\): Los fotones ultravioleta (UV) dañan las moléculas de ADN de organismos vivos de diferentes maneras. En un evento de daño común, las bases adyacentes se unen entre sí, en lugar de cruzar la “escalera”. Esto hace un abultamiento, y la molécula de ADN distorsionada no funciona correctamente.

Tipos de Mutaciones

Hay una variedad de tipos de mutaciones. Dos categorías principales de mutaciones son las mutaciones de la línea germinal y las mutaciones somáticas.

• Las mutaciones de la línea germinal ocurren en los gametos, las células sexuales, como los óvulos y los espermatozoides. Estas mutaciones son especialmente significativas porque pueden transmitirse a la descendencia y cada célula de la descendencia tendrá las mutaciones.
• Las mutaciones somáticas ocurren en otras células del cuerpo. Estas mutaciones pueden tener poco efecto sobre el organismo porque están confinadas a una sola célula y sus células hijas. Las mutaciones somáticas tampoco pueden transmitirse a la descendencia.

Las mutaciones también difieren en la forma en que se cambia el material genético. Las mutaciones pueden cambiar un cromosoma completo o solo uno o algunos nucleótidos.

Alteraciones cromosómicas

Las alteraciones cromosómicas son mutaciones que cambian la estructura o el número cromosómico. Ocurren cuando una sección de un cromosoma se rompe y se vuelve a unir incorrectamente o no se vuelve a unir en absoluto. Las posibles formas en que estas mutaciones pueden ocurrir se ilustran en la Figura\(\PageIndex{3}\). Las alteraciones cromosómicas son muy graves. A menudo resultan en la muerte del organismo en el que ocurren. Si el organismo sobrevive, puede verse afectado de múltiples maneras. Un ejemplo de alteración cromosómica humana es la mutación que causa el Síndrome de Down. Se trata de una mutación duplicada que conduce a retrasos en el desarrollo y otras anomalías. Ocurre cuando el individuo hereda una copia extra del cromosoma 21. También se le llama trisomía (“tres cromosomas”) 21.

Figura\(\PageIndex{3}\): Alteraciones Cromosómicas. Las alteraciones cromosómicas pueden ocurrir por deleción o duplicación de genes en un cromosoma, inversión de una sección de un cromosoma, inserción de genes de un cromosoma a otro, o intercambios de genes entre dos cromosomas.

Una mutación puntual es un cambio en un solo nucleótido en el ADN. Este tipo de mutación suele ser menos grave que una alteración cromosómica. Un ejemplo de una mutación puntual es una mutación que cambia el codón UUU al codón UCU. Las mutaciones puntuales pueden ser mutaciones silenciosas, sin sentido o sin sentido, como se muestra en la Tabla\(\PageIndex{1}\). Los efectos de las mutaciones puntuales dependen de cómo cambian el código genético.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Tipos de mutaciones puntuales

Tipo	Descripción	Ejemplo	Efecto
Silencioso	códigos de codones mutados para el mismo aminoácido	CAA (glutamina) → CAG (glutamina)	ninguno
Missense	códigos de codones mutados para un aminoácido diferente	CAA (glutamina) → CCA (prolina)	variable
Tonterías	un codón mutado es un codón de parada prematuro	CAA (glutamina) → UAA (parada) generalmente	grave

Mutaciones de desplazamiento de marco

Una mutación de cambio de marco es una deleción o inserción de uno o más nucleótidos que cambia el marco de lectura de la secuencia de bases. Las deleciones eliminan nucleótidos y las inserciones agregan nucleótidos. Considere la siguiente secuencia de bases en el ARN:

AUG-AAU-ACG-GCU = metionina-asparagina-treonina-alanina

Ahora supongamos que se produce una inserción en esta secuencia. Digamos que se inserta un nucleótido A después del codón de inicio AUG. Entonces la secuencia de bases se convierte en:

AUG-AAA-UAC-GGC-U = metionina-lisina-tirosina-glicina

A pesar de que el resto de la secuencia no se modifica, esta inserción cambia el marco de lectura y por lo tanto todos los codones que le siguen. Como muestra este ejemplo, una mutación de desplazamiento de marco puede cambiar drásticamente la forma en que se leen los codones en el ARNm. Esto puede tener un efecto drástico en el producto proteico. Otro ejemplo de la mutación de desplazamiento del marco de lectura debida a la deleción de un nucleótido se ilustra en la Figura\(\PageIndex{4}\). En este ejemplo, se crea un codón de parada prematura por la mutación.

Figura\(\PageIndex{4}\): La imagen muestra cómo cambia el marco de la secuencia codificante de un gen cuando se elimina un nucleótido debido a una mutación. Códigos de genes normales para un polipéptido met-lys-phe-gly-ile-val-pro. Cuando se elimina una U de la tercera posición del tercer codón, el polipéptido se reduce a met-lys-leu-ala porque el tercer y cuarto codones codifican diferentes aminoácidos y el quinto codón se convierte en un codón de parada.

Efectos de las Mutaciones

La mayoría de las mutaciones no tienen efectos negativos ni positivos sobre el organismo en el que ocurren. Estas mutaciones se denominan mutaciones neutras. Los ejemplos incluyen mutaciones puntuales silenciosas, que son neutras porque no cambian los aminoácidos en las proteínas que codifican.

Muchos otros daños o errores del ADN no tienen efectos sobre el organismo porque se reparan antes de que ocurra la síntesis de proteínas. Las células tienen múltiples mecanismos de reparación para corregir errores en el ADN.

Mutaciones benéficas

Algunas mutaciones tienen un efecto positivo en el organismo en el que ocurren. Se les conoce como mutaciones beneficiosas. Generalmente codifican nuevas versiones de proteínas que ayudan a los organismos a adaptarse a su entorno. Si aumentan las posibilidades de supervivencia o reproducción de un organismo, es probable que las mutaciones se vuelvan más comunes con el tiempo. Existen varios ejemplos bien conocidos de mutaciones beneficiosas. Aquí hay solo dos:

1. Se han producido mutaciones en bacterias que permiten que las bacterias sobrevivan en presencia de antibióticos. Las mutaciones han llevado a la evolución de cepas de bacterias resistentes a antibióticos.
2. Una mutación única se encuentra en personas en un pequeño pueblo de Italia. La mutación los protege del desarrollo de aterosclerosis, que es la peligrosa acumulación de materiales grasos en los vasos sanguíneos. Incluso se ha identificado el individuo en el que apareció la mutación por primera vez.

Mutaciones dañinas

Imagínese hacer un cambio aleatorio en una máquina complicada como el motor de un automóvil. La posibilidad de que el cambio aleatorio mejore el funcionamiento del automóvil es muy pequeña. El cambio es mucho más probable que resulte en un automóvil que no funcione bien o quizás no funcione en absoluto. De la misma manera, es probable que cualquier cambio aleatorio en el ADN de un gen dé como resultado la producción de una proteína que no funcione normalmente o que no funcione en absoluto. Es probable que tales mutaciones sean dañinas. Las mutaciones dañinas pueden causar trastornos genéticos o cáncer.

• Un trastorno genético es una enfermedad, síndrome u otra afección anormal causada por una mutación en uno o más genes o por una alteración cromosómica. Un ejemplo de un trastorno genético es la fibrosis quística. Una mutación en un solo gen hace que el cuerpo produzca moco espeso y pegajoso que obstruye los pulmones y bloquea los conductos en los órganos digestivos.
• El cáncer es una enfermedad en la que las células crecen fuera de control y forman masas anormales de células llamadas tumores. Generalmente es causada por mutaciones en genes que regulan el ciclo celular. Debido a las mutaciones, se permite que las células con ADN dañado se dividan sin restricciones.

Característica: Mi cuerpo humano

Se cree que las mutaciones heredadas juegan un papel en aproximadamente 5 a 10 por ciento de todos los cánceres. Se han identificado mutaciones específicas que causan muchos de los cánceres hereditarios conocidos. La mayoría de las mutaciones ocurren en genes que controlan el crecimiento de las células o la reparación del ADN dañado.

Se pueden realizar pruebas genéticas para determinar si los individuos han heredado mutaciones específicas que causan cáncer. Algunos de los cánceres hereditarios más comunes para los que se dispone de pruebas genéticas, cáncer hereditario, de mama y de ovario, causados por mutaciones en los genes denominados BRCA1 y BRCA2. Además de los cánceres de mama y ovario, las mutaciones en estos genes también pueden causar cánceres de páncreas y próstata. Las pruebas genéticas generalmente se realizan en una pequeña muestra de líquido o tejido corporal, como sangre, saliva o células de la piel. La muestra es analizada por un laboratorio especializado en pruebas genéticas, y generalmente toma al menos algunas semanas obtener los resultados de la prueba.

¿Deberías hacerte pruebas genéticas para saber si has heredado una mutación cancerosa? Dichas pruebas no se realizan de manera rutinaria solo para evaluar a los pacientes en busca de riesgo de cáncer. En cambio, las pruebas generalmente se realizan solo cuando se cumplen los tres criterios siguientes:

1. La prueba puede determinar definitivamente si un gen específico es mutación está presente. Este es el caso de las mutaciones de los genes BRCA1 y BRCA2, por ejemplo.
2. Los resultados de la prueba serían útiles para ayudar a guiar la atención médica futura. Por ejemplo, si descubriste que tenías una mutación en el gen BRCA1 o BRCA2, podrías hacerte exámenes de detección de cáncer de mama y ovario más frecuentes de lo que generalmente se recomiendan.
3. Tiene antecedentes personales o familiares que sugieren que está en riesgo de padecer cáncer heredado.

El criterio número 3 se basa, a su vez, en factores tales como:

• diagnóstico de cáncer a una edad inusualmente joven.
• varios cánceres diferentes que ocurren independientemente en el mismo individuo.
• varios parientes genéticos cercanos que tienen el mismo tipo de cáncer (como una abuela materna, madre y hermana que tienen cáncer de mama).
• cáncer que ocurre en ambos órganos en un conjunto de órganos emparejados (como ambos riñones o ambos senos).

Si cumples con los criterios para las pruebas genéticas y te aconsejan que te sometas a él, es muy recomendable el asesoramiento genético. Un asesor genético puede ayudarte a entender qué significan los resultados y cómo utilizarlos para reducir tu riesgo de desarrollar cáncer. Por ejemplo, un resultado positivo en la prueba que muestre la presencia de una mutación puede no significar necesariamente que desarrollarás cáncer. Puede depender de si el gen se localiza en un autosoma o cromosoma sexual y si la mutación es dominante o recesiva. Los factores del estilo de vida también pueden desempeñar un papel en el riesgo de cáncer incluso para cánceres hereditarios, y la detección temprana a menudo puede salvar vidas si se desarrolla el cáncer. El asesoramiento genético también puede ayudarle a evaluar las posibilidades de que cualquier hijo que pueda tener herede la mutación.

Revisar

1. Definir mutación.
2. Identificar las causas de la mutación.
3. Comparar y contrastar mutaciones germinales y somáticas.
4. Describir las alteraciones cromosómicas, las mutaciones puntuales y las mutaciones de cambio de marco. Identificar los efectos potenciales de cada tipo de mutación.
5. ¿Por qué muchas mutaciones son neutras en sus efectos?
6. Dar un ejemplo de una mutación beneficiosa y un ejemplo de una mutación dañina.
7. ¿Por qué cree que la exposición a mutágenos, como el humo del cigarrillo, puede causar cáncer?
8. Verdadero o Falso. Las mutaciones siempre son causadas por la exposición a sustancias tóxicas.
9. Verdadero o Falso. Algunas mutaciones pueden hacer que los cromosomas sean más largos o más cortos.
10. Explique por qué la inserción o deleción de un solo nucleótido puede causar una mutación de desplazamiento de marco.
11. Comparar y contrastar mutaciones sin sentido y sin sentido.
12. Una mutación que sustituye un nucleótido por otro se llama mutación ___________.
13. ¿Qué tipo de mutación es la trisomía 21, o Síndrome de Down?
14. Explicar por qué las mutaciones son importantes para la evolución.

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Atribuciones

1. Superhéroe vía licencia Pixabay
2. Mutación UV de ADN por NASA/David Herring, dominio público vía Wikimedia Commons
3. Mutación cromosómica de dominio público vía Wikimedia Commons
4. Mutación de cambio de marco por el Programa de Educación Genómica, con licencia CC BY 2.0 a través de Wikimedia Commons
5. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0