Definición de mutación
En el nivel más simple, una mutación es un cambio o transformación. En biología, las mutaciones se refieren a cambios en los cromosomas y los genes, que suelen manifestarse físicamente.
El efecto de una mutación puede depender de la región en la que se haya modificado la secuencia del material genético. Las más sencillas e inofensivas son las sustituciones de un solo par de bases por otro, sin efecto alguno sobre la secuencia de las proteínas. En el otro extremo están las mutaciones de inserción o deleción que dan lugar a productos génicos no funcionales. Las mutaciones también pueden producirse a gran escala, con largos tramos de ADN (o ARN cuando es el material genético) que se invierten, insertan, duplican, eliminan, transponen o translocan.
El resultado de una mutación puede ser perjudicial, beneficioso, neutral o incluso silencioso. La mutación puede conducir a la pérdida o ganancia de una función específica, a cambios en los niveles de expresión o, en casos extremos, incluso a la letalidad embrionaria.
Tipos de mutación
Las mutaciones pueden clasificarse de varias maneras, dependiendo de la causa de la mutación, su efecto sobre la función del producto génico o el tipo de cambios en la estructura del propio gen.
Los agentes mutagénicos, como los carcinógenos o la radiación de alta energía, provocan cambios en el material genómico. Algunas mutaciones se producen como subproducto natural de la tasa de error en los mecanismos de replicación del ADN o del ARN.
Todos estos efectos surgen de un cambio en la estructura de un gen o material cromosómico aliado. Estos cambios estructurales pueden clasificarse como sustituciones, deleciones, inserciones, amplificaciones o translocaciones.
Mutaciones de sustitución
Las mutaciones de sustitución son situaciones en las que un solo nucleótido se cambia por otro. En los organismos que tienen ADN o ARN de doble cadena, esto suele significar que también se altera el par de bases correspondiente. Por ejemplo, un par de bases A:T podría mutar en un par de bases G:C o incluso en un par de bases T:A. Dependiendo de la posición de este cambio, podría tener una gran variedad de efectos.
En regiones muy conservadas, tanto en los tramos codificantes como en los reguladores del ADN, las mutaciones suelen provocar efectos deletéreos. Otros tramos más variables son más complacientes. En la región promotora o en otras partes reguladoras del genoma, una mutación de sustitución puede cambiar la expresión del gen o la respuesta del gen al estímulo. Dentro de la región codificante, una sustitución en la tercera posición o en la posición de bamboleo de un codón se denomina mutación silenciosa, ya que no se produce ningún cambio en la secuencia de aminoácidos. Cuando una mutación de sustitución da lugar a un nuevo aminoácido pero con propiedades similares, se trata de una mutación neutra o conservada. Por ejemplo, si el ácido aspártico se sustituye por el ácido glutámico, hay una posibilidad razonable de que haya muy pocos cambios en la bioquímica de la proteína.
Por último, la mutación de sustitución más drástica es la que da lugar a la terminación prematura de la elongación de aminoácidos debido a la aparición repentina de un codón de parada en medio de la secuencia de codificación. Por ejemplo, si el codón UAC que codifica la treonina se muta en un codón UAA, especialmente en el extremo 5′ de la secuencia codificante, es probable que dé lugar a una proteína extremadamente corta y posiblemente no funcional.
Inserciones y deleciones
Las inserciones y deleciones se refieren a la adición o eliminación de tramos cortos de secuencias de nucleótidos. Estos tipos de mutaciones suelen ser más perjudiciales que las sustituciones, ya que pueden causar mutaciones de cambio de marco, alterando toda la secuencia de aminoácidos aguas abajo del sitio de la mutación. Pueden dar lugar a un cambio en la longitud del polipéptido, creando proteínas anormalmente largas que causan agregados o polipéptidos truncados que no son funcionales y pueden obstruir la maquinaria de traducción de la célula.
Las inserciones y deleciones en las regiones reguladoras de una secuencia codificadora de polipéptidos o en los genes que codifican el ARN no codificante son menos obviamente perjudiciales. También en este caso, la posición de la mutación es importante: en las regiones altamente conservadas, es más probable que la mutación tenga efectos negativos.
Mutaciones a gran escala
Los cambios en la secuencia de nucleótidos del material genético también pueden producirse a gran escala, a veces implicando miles de pares de bases y nucleótidos. Este tipo de mutaciones incluyen las amplificaciones, en las que los segmentos de material genético están presentes en múltiples copias, y las deleciones, en las que se elimina un gran trozo de material genético. En ocasiones, algunas partes del genoma se translocan a un cromosoma diferente, o se reinsertan en la misma posición, pero en una orientación invertida. Las translocaciones y deleciones pueden reunir genes que normalmente están muy separados entre sí, lo que lleva a la formación de polipéptidos en mosaico o a la regulación diferencial de los genes dentro del segmento.
Ejemplos de mutación
La enfermedad de células falciformes y la malaria
La enfermedad de células falciformes (ECF), llamada así por su característico efecto falciforme en los glóbulos rojos, suele manifestarse a través de coágulos de sangre, anemia y ataques de dolor conocidos como «crisis de células falciformes». Aunque muchos de estos síntomas pueden tratarse con medicación, siguen mermando considerablemente la calidad de vida de sus portadores.
Aunque se considera rara y es una mutación, la ECF está relativamente bien investigada. Tiene lugar en el cromosoma 11, y se cataliza por la herencia de un gen de hemoglobina anormal de ambos padres. En cuanto a la prevalencia global, la ECF es la más frecuente entre las poblaciones de África Occidental, con una tasa de incidencia de alrededor del 4,0%
Las investigaciones sugieren que la prevalencia de la ECF en África Occidental no es un fenómeno casual. A pesar de sus efectos sobre la salud, también se ha demostrado que el SCD reduce el riesgo de contraer malaria por los mosquitos. Dado que el clima de África Occidental permite que la malaria prospere, el SCD sirve como medio para proteger a la población.
En definitiva, el SCD es un ejemplo de mutación genética que beneficia a las poblaciones a las que afecta. Esta es, en parte, la razón por la que algunas mutaciones genéticas perduran durante décadas e incluso siglos.
Síndrome de Klinefelter
El síndrome de Klinefelter, también conocido como síndrome XXY, es una mutación genética en la que un sujeto masculino es portador de un cromosoma X adicional, por lo que lleva el genotipo femenino XX además del genotipo masculino tradicional XY. Asimismo, los varones con síndrome de Klinefelter suelen tener rasgos femeninos, como el tejido mamario, y pueden no ser capaces de reproducirse.
Al estar en el código genético, que es homólogo entre la mayoría de las especies, el síndrome de Klinefelter no es exclusivo de los humanos. Por lo tanto, los gatos, los perros e incluso las ballenas pueden heredar el genotipo XXY.
En los gatos, el cromosoma X lleva algo más que información relacionada con el sexo. El color del pelaje, por ejemplo, se lleva en el cromosoma X.
Además, el color del pelaje es codominante. Como los gatos machos suelen heredar sólo un cromosoma X y las gatas heredan dos cromosomas X, las gatas tienen más probabilidades de tener patrones de pelaje multicolor que los gatos machos.
Esto es especialmente cierto para el calicó, un gato conocido por su llamativo pelaje naranja y negro. El gen del pelaje negro no puede llevarse en el mismo cromosoma X que el gen del pelaje naranja, lo que hace que los gatos calicó sean casi exclusivamente hembras.
Sin embargo, esto no hace imposible la existencia de un calicó macho. Los gatos machos con dos cromosomas X, o genotipo XXY, pueden perfectamente llevar el gen del pelaje naranja en un cromosoma X y el gen del pelaje negro, en el otro. De este modo, son efectivamente «calicos de Klienfelter».
Tolerancia a la lactosa
Hemos mencionado antes cómo la SCD, una mutación marcada por síntomas físicos que a veces ponen en peligro la vida, también sirve para prevenir la malaria en África Occidental. La tolerancia a la lactosa es otra mutación que beneficia a quienes la tienen.
Originalmente, los cuerpos humanos eran incapaces de producir lactasa, una enzima que digiere las proteínas de la leche de vaca, después de los primeros meses de vida. Esto se debe a que los seres humanos no solían consumir leche -ni otros productos lácteos- hasta la edad adulta.
El auge de la pasteurización, así como de la agricultura comercial, estuvo a punto de acabar con esta antigua costumbre. Como podemos ver hoy en día, los humanos de todas las edades comen queso y beben leche. Por supuesto, esto viene después de un cambio corporal importante. Una mutación que prolonga la producción de lactasa en los seres humanos, que actualmente es más frecuente en las naciones occidentales, permite a los seres humanos comer productos lácteos sin dolor de estómago o náuseas.
Al igual que la SCD, esta mutación permanece porque ayuda a los seres humanos a consumir nutrientes vitales, como el calcio y el potasio, a través de una gama más diversa de fuentes.
- Cromosoma – Parte del ADN que transporta la información genética.
- Homólogo – Que tiene la misma función o estructura dentro de un organismo, o entre dos especies.
Cuestionario
1. Las mutaciones como la SCD, que a veces tienen efectos secundarios mortales, no se extinguen debido a la selección natural porque:
A. El gobierno quiere que permanezcan.
B. Las mutaciones funcionan al margen de la selección natural. A diferencia de los rasgos, no pueden ser eliminados por la crianza.
C. Proporcionan resistencia o inmunidad a otras enfermedades más graves.
D. Las mutaciones son una superbacteria que los medicamentos no pueden combatir.
2. Las mutaciones a veces se llevan a cabo en los cromosomas sexuales, X e Y. ¿Por qué podría un varón heredar una mutación llevada por su madre, aunque su madre no tenga la mutación, ella misma?
A. El varón heredó la mutación recesiva en su cromosoma X, mientras que su madre heredó la mutación recesiva en un cromosoma X y una forma dominante del gen en su otro cromosoma X.
B. El varón heredó la mutación dominante en su cromosoma X, porque su madre era portadora de la mutación dominante en sus dos cromosomas X.
C. El varón heredó la mutación dominante en su cromosoma Y, porque su madre era portadora de la mutación dominante en su cromosoma Y.
D. El varón heredó la mutación dominante en su cromosoma Y, porque su madre portaba la mutación recesiva en su cromosoma Y.
A. El gen del color del pelaje se lleva en el cromosoma X, y se hereda exclusivamente de la madre. La madre tendría que ser portadora tanto del gen del pelaje naranja como del gen del pelaje negro para que su descendencia masculina fuera un calicó.
B. El gen del color del pelaje se lleva en el cromosoma X, y los gatos macho sólo tienen un cromosoma X. Un gato macho tendría que tener dos cromosomas X, o la mutación del síndrome de Klinefelter, para heredar tanto el pelaje naranja como el negro.
C. El gen del color del pelaje se lleva en el cromosoma X, y los gatos machos no siempre heredan el cromosoma X. Por eso hay tantos gatos machos albinos.
D. El gen del color del pelaje se lleva en el cromosoma Y, y los gatos machos no suelen heredar dos cromosomas Y. Por lo tanto, un gato macho debe tener un genotipo XYY para ser un calicó.