Mutatsioon (bioloogia) — DNA ja kromosoomide muutused, põhjused ja mõju
Mutatsioon (bioloogia): selge ülevaade DNA ja kromosoomide muutustest, põhjustest (vead, kiirgus, kemikaalid) ning nende mõjust pärilikkusele ja organismidele.
Bioloogias on mutatsioon igasugune püsiv muutus geneetilises materjalis. Tavaliselt viitab see muutustele DNA-s või kromosoomides, mis kannavad DNA-d. Mutatsioonid võivad olla pärilikud (st neid saab edasi kanda järglastele), välja arvatud juhul, kui mutatsioonil on letaalne mõju. Mutatsioonid võivad mõjutada ühte nukleotiidi (nt punktmutatsioon), osa geeni sisestust või kustumist, suuri kromosomaalseid ümberkorraldusi või kogu kromosoomide arvu muutusi.
Põhjused
Mutatsioonid tekivad mitmel viisil. Levinumad põhjused on:
- Vead DNA replikatsioonis ja rekombinatsioonis — vigade tõttu, mis tekivad raku jagunemisel, sealhulgas meioosis, kui moodustuvad sugurakke (munarakud ja spermad).
- Keskkonnategurid, nagu kiirguse mõjud (ioniseeriv kiirgus, UV-valgus) või teatud kemikaalide (mutageenide) kahjustav toime.
- Transposoonid (mobiilsed DNA‑elemendid) ja viirusegenoomide liitumine võivad geneetilist materjali muuta.
- Juhuslikud sündmused — osa mutatsioone tekib juhuslikult ilma välise toimeaine näilise põhjuseta.
Mutatsioonitüübid
- Geeni tasemel: punktmutatsioonid (silent, missense, nonsense), sisestused (insertioonid), kustutused (delsioonid) ja raamistiku (frameshift) mutatsioonid.
- Kromosomaalsed muutused: dublikaatsioonid, deletioonid, inversioonid ja translokatsioonid, mis muudavad kromosoomide struktuuri.
- Kromosoomide arvu muutused: aneuploidia (näiteks üks lisa- või puuduolev kromosoom, nagu Downi sündroomi puhul) ja polüploidia.
Mõju ja tähtsus
Mutatsioonid võivad olla:
- Neutraalsed — ei muuda organismi nähtavat tunnust ega sobivust.
- Kahjulikud — vähendavad organismi elujõulisust või põhjustavad haigusi (näiteks mõned pärilikud defektid).
- Kasulikud — harva, kuid võivad anda adapteeriva eelise ja seeläbi olla evolutsioonis olulised.
Isikut, kellel esineb mutatsioon, kutsutakse sageli mutandiks või mutandiks; mõnikord kasutatakse ka sõna "mutant". Sama kehtib ka sellega väljendatud tunnuse kohta — see tunnus võib mutatsiooni tõttu muutuda.
Somaatilised vs. germinaalsed mutatsioonid
Mutatsioon, mis ilmneb keha somaatilises rakus, mõjutab tavaliselt ainult seda kehakudet ja ei pärandu järglastele; sellised mutatsioonid on olulised näiteks vähis, kus kogunemised somaatilisi mutatsioone aktiveerivad onkogeenid või inaktiveerivad kasvutõkestajad (nt TP53). Germinaalsed (sugurakkudes või nende eellasrakus tekkivad) mutatsioonid võivad edasi kanduda järgmistes põlvkondades.
DNA parandussüsteemid ja avastamine
Looduslikud DNA parandussüsteemid (nt proof‑reading, mismatch repair, base excision repair) vähendavad mutatsioonide arvu, kuid ei kõrvalda kõiki vigu. Mutatsioonide tuvastamiseks kasutatakse tänapäeval geneetilist sekveneerimist, PCR‑põhiseid meetodeid ja kromosoomide uurimiseks karioloogiat või FISH‑tehnikaid.
Oluline roll evolutsioonis ja meditsiinis
Mutatsioonid on evolutsiooni peamine allikas, pakkudes geneetilist varieeruvust, millele looduslik valik saab mõjuda. Meditsiinis on mutatsioonid tähtsad pärilike haiguste diagnostikas, vähianalüüsis ja geneetilises nõustamises.
Oluline on mõista, et mutatsioonide tekke sagedus ja mõju sõltuvad nii mutatsiooni tüübist kui ka kontekstist (millises geenis või kromosoomi piirkonnas see asub) — enamik mutatsioone on kas neutraalsed või kahjulikud, samas kui kasulikud mutatsioonid on haruldased, kuid evolutsiooniliselt olulised.
DNA replikatsiooni ajal võib esineda aeg-ajalt vigu.
Kromosoomi mutatsioonid
Mutatsioonitüübid
DNA-mutatsioonid
DNA kopeerimisel tehakse mõnikord vigu - neid nimetatakse mutatsioonideks. On olemas neli peamist tüüpi mutatsioone:
- kustutamine, kus üks või mitu DNA-alust on välja jäetud.
- Sisestamine, mille puhul sisestatakse üks või mitu lisabaasi.
- Asendamine, mille puhul üks või mitu alust vahetatakse teise aluse vastu järjestuses.
- dubleerimine, mille puhul kopeeritakse terveid geene.
Kromosoomi mutatsioonid
Neid mõisteid on selgitatud kolmandal joonisel.
- Kromosoomi kustutamine: kromosoomi osa kaob koos sellel asuvate geenidega.
- Duplikatsioon: kromosoomi osa kordub.
- Inversioon: kromosoomi osa on otsast lõpuni ümberpööratud.
- Insertioon: väiksem kromosoom lisatakse pikemasse kromosoomi.
- Translokatsioon: osa kromosoomist liigub teisele kromosoomile.
Geenide dubleerimine põhjustab erinevaid pikkusi ühes lokatsioonis (alleel). Näitab ühe geeni varieerumist kuue indiviidi puhul.
Mutatsiooni tulemused
Mutatsioonid võivad olla organismile kahjulikud või neutraalsed või organismile kasulikud. Mõnikord on mutatsioonid organismi jaoks fataalsed - "uue" DNA abil toodetud valk ei toimi üldse ja põhjustab embrüo surma. Teisest küljest viivad mutatsioonid evolutsiooni edasi, kui valgu uus versioon töötab organismi jaoks paremini.
Mutatsioonid on lõpliku variatsiooni allikas, mille suhtes looduslik valik toimib. Mõned mutatsioonid mõjutavad organismi võimet elada ja paljuneda. See on oluline osa evolutsiooniteooriast. Populatsiooni kantava päriliku varieeruvuse hulk võib olla tohutu, mistõttu looduslikud populatsioonid võivad muutuda ja kohaneda oma keskkonna tingimustega.
Küsimused ja vastused
K: Mis on mutatsioon bioloogias?
V: Mutatsioon on muutus geneetilises materjalis, kas DNA-s või kromosoomides, mis kannavad DNA-d.
K: Millised on mutatsioonide pärilikkuse mõjud?
V: Kui neil ei ole letaalset mõju, on mutatsioonid pärilikud ja võivad edasi kanduda järgmisele põlvkonnale.
K: Millised on mutatsioonide põhjused?
V: Mutatsioonid võivad tekkida meioosi käigus tekkivate vigade tõttu, kui sugurakke (munarakud ja spermad) toodetakse, või kiirguse või teatavate kemikaalide põhjustatud kahjustuste tõttu.
K: Kas mutatsioonid on prognoositavad?
V: Mutatsioonid toimuvad juhuslikult ja ei ole prognoositavad.
K: Kuidas nimetatakse indiviidi, kes kannab mutatsiooni?
V: Mutatsiooni kandvat isendit võib nimetada mutandiks või mutatsiooniks.
K: Mis on kõige ilmsemalt mõjutatud tunnus, mida mutatsioon mõjutab?
V: See, millist omadust või iseloomu mutatsioon kõige ilmsemalt mõjutab, sõltub konkreetsest mutatsioonist.
K: Milline on mutatsioonide tähtsus evolutsioonis?
V: Mutatsioonid on geneetilise varieeruvuse peamine allikas ja nad on olulised evolutsiooniliste muutuste käivitamisel.
Otsige