mutasjon – Store norske leksikon (original) (raw)

Mutasjon

Her vises åtte ulike mutasjoner hos bananflue, sett i forhold til villformen (øverst til venstre). De fleste mutantenes fenotyper har selvforklarende betegnelser; hos bithorax er svingkøllene omdannet til små vinger; hos dichaete holdes vingene i en vinkel på 45° ut fra kroppen.

Mutasjon er en varig forandring i en organismes arvestoff, altså i DNA-et (eller RNA-et i virus med RNA som arvemateriale). Mutasjoner er naturlig og skjer i alle organismer. Mutasjoner kan være små endringer i ett punkt på DNA-tråden (punktmutasjon) eller store endringer ved omorganisering av et helt kromosom (kromosommutasjon).

Faktaboks

Etymologi

av latin mutare, ‘forandre, forandre seg’

Mutasjoner fører til variasjon i naturen. Mutasjoner er derfor en viktig drivkraft i evolusjonen som gjør at organismer kan tilpasse seg endringer i miljøet. I naturen oppstår mutasjoner tilfeldig uten noe bestemt mål. Altså, mutasjoner oppstår ikke fordi organismene trenger en ny egenskap, men det skjer helt naturlig av seg selv. Hvor ofte mutasjoner skjer er forskjellig fra art til art.

Mutasjoner kan inntreffe spontant eller skyldes ytre påvirkninger. Hos organismer som formerer seg ved deling, for eksempel bakterier, overføres enhver mutasjon til neste generasjon. Men hos organismer med kjønnet formering vil bare de mutasjonene som rammer kjønnscellene kunne overføres til neste generasjon. Mutasjoner som skjer i alle andre celler i kroppen, dør med individet.

Mutasjoner kan være både skadelige, nyttige eller nøytrale. De skadelige mutasjonene kan føre til sykdom.

Det forandrede individet betegnes en mutant.

Mutasjoner - små og store

Mutasjoner kan være både store og små i størrelse, som illustrert i denne figuren. Øverst ser man hvordan DNA er pakket sammen og lagret i cellen. Nederst til høyre ser man en liten mutasjon (punktmutasjon) hvor kun én byggestein i DNA-tråden er forandret (en T har blitt en C). DNA-tråden ser man helt til høyre i den øverste figuren. Nederst til venstre ser man eksempler på store mutasjoner som kalles kromosommutasjon. I den ene har en bit av kromosomet doblet seg, mens i den andre har biten blitt borte (gule bokser). DNA-tråden er pakket sammen i kromosomer som man ser i runding nummer 2 fra venstre i den øverste figuren.

Slik oppstår mutasjoner

Det er to hovedårsaker til at mutasjoner oppstår:

  1. Feil i cellenes egne funksjoner,
  2. Ytre påvirkning (for eksempel skadelig stråling og kjemikalier).

Selv om mutasjoner er naturlig og skjer hele tiden, kan man også fremkalle mutasjoner med hensikt i laboratoriet ved hjelp av ytre påvirkning.

Feil i cellens egne funksjoner

Når cellene deler seg må de kopiere arvematerialet sitt slik at hver dattercelle får en kopi. Å kopiere DNA-et er en komplisert prosess og det kan skje feil. Slike feil kan føre til mutasjoner. Å kopiere DNA-tråden (kalles DNA-replikasjon) skjer i tre trinn:

  1. Åpning av DNA-tråden,
  2. kopieringen settes i gang,
  3. bygging av ny DNA-tråd.

Det er når den nye tråden skal bygges at mutasjoner kan oppstå. Det skjer dersom feil byggestein blir satt inn og cellens reparasjonssystem ikke oppdager feilen.

En annen måte mutasjoner kan oppstå på er når spesielle DNA-biter flytter på seg og legger seg inne i gener hvor de egentlig ikke hører hjemme. Slike DNA-biter som kan flytte på seg kalles transposoner. Hvis de legger seg midt inni et gen kan de ødelegge funksjonen til genet. Transposon kan også ta med seg et gen eller deler av et gen når det flytter seg og slik kan nye egenskaper oppstå i et individ. I bananflue skyldes omtrent halvparten av alle spontane mutasjoner som har en synlig effekt på fluas ytre egenskaper (fenotype) innsetting av transposoner i nye steder på DNA-tråden.

Ytre påvirkning – mutagener

Mutagener er ytre faktorer som skader DNA-et og som dermed kan føre til mutasjoner. Eksempler på mutagener er:

Mange av mutasjonene som oppstår på grunn av mutagener fører til kreft. Derfor er mange mutagener også kreftfremkallende (karsinogener).

Reparasjon av mutasjoner

Mange mutasjoner repareres av ulike reparasjonssystemer i cellen. Ødelagte baser kan fjernes og erstattes med nye, hull i DNA-tråden (baser som mangler) kan tettes igjen med nye baser, og en del punktmutasjoner kan reverseres til sin originale form.

Mutasjoner og arvelighet

I organismer som består av mange celler (flercellede organismer) er det viktig å skille mellom mutasjoner i to ulike typer celler: kroppsceller (somatiske celler) og kjønnsceller (gameter). Mutasjoner som oppstår i kjønnscellene arves til neste generasjon, mens mutasjoner som oppstår i kroppscellene dør med det individet de har oppstått i. Noen unntak er mutasjoner i somatiske celler hos planter, som kan føres videre gjennom ukjønnet formering (vegetativ formering). Mange typer kreft skyldes mutasjoner i kroppsceller.

Hos organismer som består av kun én celle (encellede organismer) og formerer seg ved deling, for eksempel bakterier, overføres hver mutasjon til neste generasjon.

Konsekvenser av mutasjoner

Drosophila med mutasjon

Noen enkle mutasjoner kan få store konsekvenser, fordi ett gen kan påvirke mange andre. Fluen til venstre er villtype, altså normal. Fluen til høyre har en mutasjon i _Antennapedia_-genet, som fører til at det utvikler seg bein på hodet i stedet for følehorn. Antennapedia er et homeotisk gen, som styrer utviklingen av kroppen i en organisme og sørger for at rett type kroppsdeler dannes på riktig sted og til rett tid under utviklingen.

Konsekvensen av en mutasjon vil avhenge av hvor i DNA-et den skjer og hva slags type mutasjon det er. Dersom mutasjonen skjer i et viktig gen kan resultatet bli at organismen ikke utvikler seg som den skal eller får en sykdom. En annen konsekvens kan være at organismen får en ny egenskap og blir enda bedre tilpasset miljøet sitt enn før. Dersom mutasjonen skjer et sted i DNA-et som ikke er viktig, vil ikke mutasjonen få noen konsekvenser for organismen.

Mutasjoner kan være små, for eksempel ved at kun ett basepar i DNA-tråden blir endret, eller store ved at mange gener på et kromosom blir påvirket. Vi skiller derfor ofte mellom mutasjoner i enkeltgener og mutasjoner som påvirker en større del av kromosomet.

Mutasjoner kan også skje i såkalt ikke-kodende DNA, det vil si DNA som ikke er gener. Siden det fins ulike typer ikke-kodende DNA vil konsekvensen av en mutasjon i disse områdene variere.

Genmutasjon

Genmutasjoner er endringer som skjer i ett og ett gen (enkeltgener). Det fins ulike typer genmutasjoner og de påvirker genet forskjellig. Noen mutasjoner vil ha alvorlige konsekvenser, andre vil ikke ha noen konsekvens i det hele tatt.

For å forstå hvordan en genmutasjon påvirker genet må man kjenne til den genetiske koden og hvordan et gen er bygget opp. Gener ligger på rekke og rad på DNA-tråden som er bygget opp av de fire bokstavene A, T, C og G (se DNA – Oppbygging). Byggesteinene som bokstavene representerer kalles nukleotider. De fire bokstavene er satt sammen i ulike rekkefølger for å spesifisere ulike produkter cellen trenger, på samme måte som bokstaver i et alfabet er satt sammen på mange ulike måter for å spesifisere forskjellige ord.

Når et gen skal aktiveres må cellen lese rekkefølgen på bokstavene og oversette denne rekkefølgen til aminosyrer som så settes sammen til proteiner. Tre og tre bokstaver på DNA-tråden koder for en aminosyre. En slik triplett av bokstaver kalles et kodon.

Om en mutasjon påvirker genets funksjon eller ikke avhenger av om den genetiske koden endres og hvordan den eventuelt endres. Dersom mutasjonen skjer i den tredje og siste bokstaven i kodonet skjer det som regel ingen endring i aminosyren. Disse kalles stille mutasjoner fordi de ikke får noen merkbar konsekvens for individet. Dersom mutasjonen skjer i den første eller andre bokstaven vil det ofte påvirke genets funksjon. Noen ganger oversettes ikke genet til protein i det hele tatt fordi mutasjonen fører til at det dannes et stoppsignal (stoppkodon). Slike mutasjoner er som regel skadelige for organismen.

Bokstaver kan også slettes (delesjon) eller det kan settes inn ekstra (insersjon). Slike mutasjoner fører til forskyvning i rekkefølgen av bokstaver, og triplettene som oversettes til aminosyrer endrer seg. Slike mutasjoner kalles leserammeskift da det er leserammen som forskyves. Slike mutasjoner kan ha stor påvirkning på proteinet genet koder for, fordi aminosyrene som utgjør basisen for det ferdige proteinet endres. Det kan også oppstå et nytt stoppkodon og denne type endring kan forårsake at et gen ikke lenger koder for et funksjonelt protein. Dersom et slikt nytt stoppkodon befinner seg i begynnelsen av genet vil det være særlig kritisk, da aminosyrekjeden forkortes betraktelig.

Genmutasjonene beskrevet over kalles også for punktmutasjoner fordi det kun skjer en endring ett sted i genet (en base byttes ut, en base settes inn eller en base trekkes ut). Genmutasjoner kan også være større, for eksempel at tre baser settes inn på én gang. Dersom tre bokstaver etter hverandre slettes eller settes inn samtidig, vil proteinet miste eller få en ny aminosyre. Dette kan også påvirke proteinets funksjon, men det avhenger av om endringen skjer et viktig sted i proteinet eller et sted som ikke er avgjørende for å opprettholde funksjonen.

Slik påvirker mutasjoner geners funksjon

Når en mutasjon skjer i et gen kan det påvirke genets funksjon på ulike måter:

Temperatursensitive mutasjoner

Siameser

Siameser. Fargen på pelsen bestemmes av temperaturen på huden. Kald hud gir mørk pels, varm hud gir lys pels. Dette skyldes en mutasjon som er temperatursensitiv. Bildet er hentet fra papirleksikonet Store norske leksikon, utgitt 2005-2007.

Noen mutasjoner uttrykkes bare under spesielle forhold, for eksempel ved bestemte temperaturer. Et eksempel på det er en type mutasjon hos katter av rasen siameser. Mutasjonen gjør at mekanismen for å fordele svart pigment (melanin) til kroppscellene blokkeres ved normal kroppstemperatur. Svart pigment kommer bare ut til potene, ørene, nesa og halen fordi disse kroppsdelene er kjøligere enn resten av kroppen.

Kromosommutasjon

Kromosommutasjoner er forandringer i kromosomenes antall eller struktur.

Numeriske kromosommutasjoner

Endringer av kromosomenes antall kan være av to typer:

1. Økning i antall kromosomsett. Dette kalles polyploidi. En del planter har oppstått på grunn av polyploidi og i evolusjonen av mange plantearter har slike kromosomfordoblinger spilt en viktig rolle. I planteforedling gjør man også dette kunstig blant annet ved hjelp av stoffet kolkisin. Et eksempel er spinatplanten som vanligvis har to sett kromosomer (diploid) med seks kromosomer i hvert sett (tolv kromosomer til sammen), men det fins også en variant som har fire sett kromosomer (tetraploid). Konsekvensen av denne mutasjonen (fordobling i antall kromosomsett) er at planten har større og grovere blader enn den diploide planten. Generelt er polyploide planter større enn sine diploide slektninger.

2. Økning eller redusering av enkelte kromosomer. For eksempel har personer med trisomi 21, eller Downs syndrom, tre kopier av kromosom 21 (vanligvis har man to) og derfor til sammen 47 kromosomer istedenfor 46. Menn med Klinefelters syndrom har et ekstra X-kromosom (XXY) og derfor også 47 kromosomer totalt. Kvinner med Turnes syndrom mangler et X-kromosom (X0).

Strukturelle kromosommutasjoner

Dersom et kromosom endrer struktur eller form kan det skje ved at en bit går tapt (delesjon), en bit blir fordoblet (duplikasjon), en bit snur seg (inversjon), en bit flytter seg fra ett sted til et annet eller utbytting av deler mellom ulike kromosomer (translokasjon).

Konsekvenser av kromosommutasjoner

Kromosommutasjon kan føre til store forandringer i individets egenskaper. De omfatter alltid et stort antall gener. Kromosommutasjon forandrer ikke arvestoffets kvalitet, bare kvantiteten.

Omkring fem prosent av alle påbegynte svangerskap hos mennesket har en kromosommutasjon (4,5 prosent ender som spontane aborter, og 0,6 prosent blir født med kromosomavvik, for eksempel Downs syndrom). Om lag halvparten av alle spontane aborter skyldes en kromosommutasjon.

Forekomst

Mutasjoner foregår i alle celler. Men genene er veldig stabile, og mutasjoner er relativt sjeldne begivenheter. Man regner mutasjoner for å være tilfeldige hendelser. Det er fordi mutasjonene oppstår helt uavhengig av hvilken effekt de har på organismen, altså hvor fordelaktige eller uheldige de vil være.

Nye mutasjoner i befruktede egg

I en studie fra Island ble det hos 78 mor-far-barn trioer beregnet å være omtrent 60 nye punktmutasjoner i et befruktet egg (zygote). Av disse var 15 fra eggcellen og 45 fra sædcellen. Omregnet blir dette én punktmutasjon per 108 nukleotid per generasjon (én per hundre millioner). Dette høres kanskje mye ut, men det finnes veldig mye genetisk variasjon hos alle arter. Hos mennesker vil det i tillegg til de 60 nye mutasjonene per zygote være i gjennomsnitt 50 000 «gamle» mutasjoner som individet har arvet fra tidligere generasjoner.

Helt nye mutasjoner som oppstår i kjønnscellene kalles _de novo-_mutasjoner.

Mutasjonsfrekvens

Mutasjonsfrekvensen er ikke den samme for alle gener eller områder på DNA-tråden. For noen områder av DNA-et er mutasjonsfrekvensen ganske stabil og kjent. Mutasjoner kan dermed brukes som grunnlag for beregning av slektskap ved hjelp av molekylære klokker.

Hotspots – områder hvor mutasjoner skjer ofte

Selv om mutasjoner oppstår tilfeldig, fins det områder på DNA-tråden hvor mutasjoner oppstår oftere enn andre. Slike områder kalles hotspots. Det skyldes at DNA-tråden er mindre stabil i disse områdene. Et eksempel hos en del organismer, blant annet pattedyr og bakterier, er at bokstaven C på DNA-tråden (C står for basen cytosin) ofte muterer til bokstaven T (T står for basen tyrosin). Dette er fordi basen C ofte har en kjemisk gruppe festet til seg som gjør den mer ustabil.

Mutasjoner og evolusjon

Påfugl med hvite fjær

Påfugler har et gen som kalles hvit. Dette genet koder for et protein som sørger for at fargestoffet (pigmentet) hos påfugl fordeler seg utover i fjærene (minste bildet). De fuglene som har en mutasjon i dette genet blir helt hvite. Dette fenomenet kalles leukisme og er ikke det samme som albinisme. Ved albinisme blir også øyne, nebb og klør hvite.

Mutasjoner er grunnlaget for evolusjon av arter. Evolusjon skjer når en gruppe organismer (populasjon) gradvis endrer sin genetiske sammensetning over tid. Mutasjoner fører til nye genvarianter som igjen fører til forskjeller i utvikling, utseende og adferd blant organismene. Dette gjør at organismer kan bli enda bedre tilpasset miljøet sitt og ha mulighet til å tilpasse seg forandringer som skjer i miljøet, og på den måten endre seg over tid. Mutasjoner er derfor forutsetningen for all biologisk evolusjon, gjennom å skape den arvelige variasjonen som de andre evolusjonskreftene (seleksjon, migrasjon og tilfeldigheter) virker på.

Tidligere trodde man at mutasjoner oppstod som en respons fra organismen for å prøve å tilpasse seg en forandring i miljøet, men det er ikke slik mutasjoner fungerer. Mutasjoner oppstår helt spontant og tilfeldig hele tiden, og organismene tilpasser seg miljøet basert på de mutasjonene som allerede fins i populasjonen.

Et eksempel er bakteriers motstandsdyktighet mot antibiotika (antibiotikaresistens). Resistens mot antibiotika fins naturlig hos mange arter av bakterier. Disse mutasjonene har oppstått tilfeldig en eller annen gang i bakterienes evolusjon. Når bakteriene blir utsatt for antibiotika er det de individene som har mutasjoner for resistens som overlever.

Motstandsdyktighet (resistens) mot insektmiddelet DDT er et annet eksempel. DDT ble brukt til å drepe skadeinsekter i landbruket, men fordi noen insekter hadde mutasjoner som gjorde at de allikevel overlevde, spredte disse seg og etter hvert mistet DDT sin virkning som insektmiddel.

Mutasjoner og sykdom

Noen mutasjoner fører til at proteiner i kroppen ikke fungerer som de skal. Slike mutasjoner kan derfor føre til sykdom. De kalles gjerne sykdomsfremkallende mutasjoner. Ordet sekvensvariant (fordi DNA-sekvensen innehar variasjon) brukes ofte om mutasjoner hos mennesker.

Historikk

Teorien om mutasjoner førte til oppklaring av et motsetningsforhold mellom darwinistisk utviklingslære og mendelsk genetikk. Charles Darwins idé om livets utvikling (evolusjon) bygde på at plante- og dyreartene kunne forandre seg fra generasjon til generasjon. Gregor Mendels arveregler uttrykte derimot at arvefaktorene er uforandret ned gjennom generasjonene. Løsningen på dette dilemmaet brakte den nederlandske botanikeren og genetikeren Hugo de Vries i 1901 med sin mutasjonsteori. Han studerte mutanter av planten nattlys (Oenothera). Mutasjonsteorien ble særlig støttet av den amerikanske zoologen og genetikeren Thomas Hunt Morgan og hans medarbeideres utforskning av bananfluer. I 1926 oppdaget den amerikanske genetikeren Hermann Muller at røntgenstråler kan indusere mutasjoner. Kjemiske stoffers mutagene virkning ble oppdaget i 1943 av den tyske genetikeren Charlotte Auerbach (1899–1994) og den tyske botanikeren Friedrich Oehlkers (1890–1971). Da man ble klar over arvestoffets natur og funksjon, ble det også klart at mutasjon måtte bety en forandring i basesammensetningen i DNA-molekylet.

Mutasjonsforskningen arbeider i dag også med å avsløre mutagener, blant annet med sikte på å beskytte mennesket og andre organismer mot påvirkning fra mutagener i miljøet. En egen forening er opprettet med dette som formål, European Environmental Mutagen Society (EEMS).

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer (7)