Hvad betyder mutation?

At kigge på mutationer kan i princippet også kortlægge smittekæder

Når Statens Serum Institut kan se, at virus muterer, hver gang den skifter vært, og når man i Island finder 40 forskellige coronavirus-mutationer, så er størstedelen stumme mutationer.

Kortlægningen af mutationerne er vigtig for at forstå smittekæderne. Altså, hvordan virus spredes, og hvor smitten er startet.

Genetisk variation og mutation

Genetisk variation er et mål for, hvordan genetisk forskellige individer er inden for en art eller befolkning, og betragtes som et niveau af biodiversitet. Gennem konventionen om den biologiske mangfoldighed, Dette siger en del om hvad er mutation er samt hvad betyder mutation?

Genetisk variation er grundlaget for evolution og tilpasning. Hvis alle individer inden for en art eller bestand er genetisk lige, vil de være følsomme over for de samme ændringer i miljøet. En ny virus eller et varmere klima ville så ramme hele gruppen hårdt. Med en højere grad af genetisk variation, chancerne for nogle personer, der kun har de egenskaber, der kræves for at tilpasse sig en ændret habitat stigning. Det er derfor en slags forsikring for artens eller populationens overlevelse.

Mutationer er evolutionens brændstof

Faktorer, der øger genetisk variation, genetik er også mutation og har en forklaring på hvorfor mutation findes og svarer på: Hvad er mutation, hvad betyder mutation?
Mutationer kan give anledning til helt nye varianter af gener og dermed nye egenskaber. For at en mutation skal have en chance for at sprede sig i en population eller art, må den være opstået i en kimcelle. Så mutationen bliver arvelig. Mutationen bør helst være gavnlig for dispergering, og øge bærerens chancer for overlevelse og få afkom. Når mutationer forekommer i en persons normale kropsceller, kendt somatiske mutationer, de er arvet på andre celler ved celledeling, men ophold i den enkelte.

Omkring tredive mutationer står bag den omfattende rigdom fugler

Hvordan mutationer opstår

Før hver celledeling kopieres al DNA’et i cellen, så de nye celler får deres egen kopi af den genetiske information. Nogle gange cellen begår fejl, at den forsøger at reparere. På omkring en ud af ti celledeling, mislykkes reparationen, og fejlen bliver en permanent del af DNA-sekvensen. Derefter er der opstået en mutation.

Mutationer kan også opstå, når cellen forsøger at reparere skader på DNA-molekylet. Skaden kan være forårsaget af ydre påvirkninger fra for eksempel udsættelse for visse kemikalier eller stråling. Mutationer kan også være forårsaget af en type virus, kaldet retrovirus, som indsætter deres DNA i værtens genom.

Forskellige typer af mutationer
Virkningen af en mutation afhænger også af typen af mutation, og hvor i genomet det sker. Nogle typer af mutationer “røre” mere end andre.

Substitutioner, eller single-base polymorfier kendt på engelsk som SBP. De tilhører de mindste mutationer og kaldes punktmutationer.
Indsættelser er også en punktmutation, der indebærer tilføjelse af enkelte nukleotider.
Sletninger kan være punktmutationer og betyde, at enkelte nukleotider forsvinder eller større dele af krom.
Inversion betyder, at dele af kromosomet er gået i den forkerte retning, så DNA-sekvensen vendes.
Ved en translokation har et stykke krom skiftet plads og endte på et andet kromosom.
En dublet betyder, at et stykke af kromosomet er blevet kopieret op for at gentage det. Hvis der forekommer mange kopier af den samme sekvens, kaldes det ændring af kopieringsnummer
De største mutationer omfatter hele kromosomer. Et velkendt eksempel er trisomade på kromosom nummer 21, som er knyttet til Downs syndrom. D

Virkningen af mutationer afhænger af, hvor de opstår

Der er oplysninger om, hvordan proteiner skal laves i exons. Hvis en mutation opstår i en exon, det kan føre til protein genkodning for at være forkert fremstillet, eller ikke fremstillet på alle. Selv mutationer kendt som “splejsningssteder” kan ændre proteinets struktur. Et “splejsningssted” i DNA svarer til det sted i mRNA-molekylet, hvor introner normalt afskæres til proteinproduktion. En mutation på et sådant sted kan føre til, at en intron medtages i det færdige mRNA-molekyle, og proteinet fremstilles forkert.

Mutationer i intron sekvens af gener eller i regionerne mellem gener normalt ikke har nogen effekt på alle, men der er undtagelser. Hvis en mutation opstår i et område, der styrer genekspression, kan det påvirke, hvor meget protein der produceres. Disse områder omfatter for eksempel promotorregionen for gener, hvor RNA-polymerase II og transskriptionsfaktorer binder og begynder transskription.

Mutationer påvirker ikke altid proteinet
I afsnittene ovenfor er mutationer opdelt efter, hvordan de ser ud, og hvor de forekommer i genomet. En anden måde at opdele dem på er ved at navngive, hvordan de påvirker selve aminosyresekvensen og dermed proteinets struktur. Tre og tre danner nukleotider i DNA, som i proteinproduktion er repræsenteret ved mRNA, en såkaldt codon. Hver codon er oversat med en aminosyre.

En tavs mutation er ikke mærkbar
En tavs mutation ændrer DNA’et, men ikke aminosyresekvensen. Dette kan ske, fordi flere codons er oversat med den samme aminosyre. For eksempel er både codon AGU og AGC oversat med aminosyren serin. Derfor påvirker en punktmutation, der ændrer dig til C, ikke aminosyresekvensen, og proteinet forbliver uændret. Så mutationen er ikke mærkbar.

Missense og nonsens ændre aminosyre sekvens
Hvis en punktmutation i stedet får aminosyresekvensen til at ændre sig, kaldes det en missense-mutation. En sådan mutation ændrer proteinets struktur og måske dets funktion afhængigt af, hvilken del af proteinet der har ændret sig. Punkt mutationer kan også være nonsens mutationer, der ændrer en codon, der normalt oversættes med en aminosyre til et stop codon. Dette får proteinet til at blive for lille.

En frameshift-mutation ændrer læserammen
En indel mutation tilføjer eller fjerner nukleotider. Hvis man opstår i en exon, kan det også betyde, at aminosyrer tilsættes eller fjernes fra proteinet. Dette sker, når antallet af nukleotider i en indivision kan deles med tre og dermed svarer til en eller flere codoner. Hvis tallet ikke kan deles med tre, sker der et skift i hele sekvensen, og alle de codoner, der følger efter mutationen, ændres. En sådan mutation kaldes en frameshift indel, der på svensk groft betyder læsning ramme skift.

I tilfælde af seksuel reproduktion, er den genetiske variation begunstiget på flere måder. Dels gennem det indlysende i blandingen af forældrenes DNA, men også ved variation forekommer under celledeling proces meiose, når kimceller (æg og sædceller) dannes. Meios kaldes også reduktionsdivision, fordi antallet af kromosomer halveres. Fra en somatisk (diploid) celle dannes der fire (haploide) kimceller. Da hver kimcelle er haploid, når to kimceller fusionerer, dannes der en ny diploidcelle ved undfangelsen, dannes en ny diploidcelle, som er begyndelsen på et nyt liv.

Før diploidcellen begynder at dele sig under meiose, kopieres alle kromosomer. Når det er færdigt, er kromosomerne linet op ved siden af hinanden, før de adskilles i forskellige kimceller. I dette trin forekommer genetisk variation på to måder: uafhængig arvelig og homolog rekombination. Nye alles opstår ikke fra disse processer, men de fører til nye kombinationer af alles, der gør hver kimcelle unik. Derfor kan hele søskende være helt forskellige fra hinanden.

Uafhængige nedarvede blandinger kromosomer

Når to gener, der koder to egenskaber sidde på forskellige kromosomer, disse to egenskaber er arvet uafhængigt. Når kromosomer kopieres under meiose, og de er linet op til celledeling, er det helt tilfældigt, hvilket kromosom (den ene arvet fra moderen eller faderen) er til venstre eller højre. Når de trækkes fra hinanden og ender i forskellige celler, er det tilfældigt, hvilke kromosomer (og alleels!) ender i samme bakteriecelle. På denne måde oprettes der nye kombinationer af alleaner, som måske ikke er fundet hos nogen af forældrene.

Ved homolog rekombination blandes DNA
Når kromosomer kopieres under meiose, og de er linet op til celledeling, dna udveksles mellem homologe kromosompar. Det kaldes homolog rekombination eller crossover, og fører til en genbosættelse af alleers. Under overfarten kan udvekslingen af DNA være rent fysisk og involvere udskiftning af DNA-sekvenser. En DNA-sekvens kan også kopieres fra det ene kromosom og ind i det andet uden at ændre den kopierede streng. Efter crossover, kromosomer er adskilt og tilfældigt placeret i hver af deres kønsceller.

Illustration af crossover i forbindelse med celledelingsprocessen meiose.
Crossover opstår, når kimceller dannes og fører til nye kombinationer af alleler. Illustration og ophavsret: Gunilla Elam
Rekombination, der ikke opstår under meiose
Bakterier ændrer DNA
Krydsning forekommer også i bakterier og gærfungi, selv om de ikke har kimceller, men formere sig seksuelt gennem division. Overcrossing af disse organismer kaldes horisontal genoverførsel og kan gavne både personer, der er involveret i udvekslingen, eller bare én. Der er også eksempler på, at der har været en overførsel af DNA mellem arter.

Reparation af beskadiget DNA
Somatiske celler bruger crossover til at reparere beskadiget DNA. Når DNA i eksponerede celler udsættes for visse kemikalier eller stråling, kan det blive beskadiget, og den dobbelte streng kan gå af. Ved at krydse, kan DNA-strengene sættes sammen igen, men der er en risiko for, at reparationen ikke vil være perfekt. Så skadelige mutationer kan forekomme.

Lokalitetsspecifik rekombination
Flytninger af alleaner kan også finde sted i bestemte dele af genomet og gavne genetisk variation. Det kaldes stedsspecifik rekombination.

Illustration af en T-celle, der angriber en kræftcelle

T-celle angriber en kræftcelle.
Når der dannes B-celler og T-celler, sker der noget, der hedder VJ-rekombination. Det er en vending af gensegmenter, der betyder, at t-cellereceptorer og B-celle antistoffer har et meget stort repertoire af anerkendelse overflader. Segmenterne kaldes V (variabel), og J (sammenføjning), deraf navnet VJ rekombination. På denne måde kan T-celler og antistoffer detektere mange forskellige antigener, eller tegn på, at nogle egne celler ikke opfører sig normalt.

Et eksempel på celler, der ikke opfører sig normalt, er kræftceller. Når en T-celle eller et antistof finder noget fremmed eller mærkeligt, signaler sendes til resten af immunsystemet og en reaktion aktiveres med det formål at fjerne truslen.

Gennemførelse mutation

Gennemførelse er en anden form for rekombination, der øger den genetiske variation. Faktisk, gennemførelse er en type mutation, der indebærer bevægelige DNA-sekvenser, kendt som transpoons, indtagelse i nye steder i genomet. Hvis en transposone indsættes i et gen, har det ofte negative konsekvenser. De fleste transpounioner er placeret i de ikke-kodende regioner i genomet. En undtagelse er en håndfuld gener, der synes at stamme fra transpounions, såsom genet Rag1 og Rag2, som koder de enzymer, der driver V (D)J rekombinatio