MUTAGÉNESIS

En las entradas anteriores nos hemos centrado en mutaciones espontáneas, que son las que se producen por errores de copia o de forma natural, pero existen causas químicas, físicas y biológicas que pueden producir mutaciones también. En el caso de las químicas, se conocen unas moléculas llamadas análogas de bases, que tienen una estructura molecular similar a las bases nitrogenadas y pueden ser incorporadas a la cadena. El problema viene cuando dicha cadena va a ser copiada y genera en ocasiones un error en la hebra complementaria. Otras causas químicas son los agentes alquilantes (como la nitrosoguanidina), que reaccionan con las bases del DNA, que genera apareamientos erróneos y modifica la cadena de ADN antes del apareamiento a diferencia de los análogos de bases. Otros químicos que producen error son los agentes intercalantes, que se interponen entre dos pares de bases
Entre los causantes físicos tenemor las radiaciones, divididas en dos tipos: ionizantes y no ionizantes. Las bases nitrogenadas tienen capacidad de absorber la radiación UV con un máximo para el ADN y ARN de 260 nm de longitud de onda. Las proteínas en cambio pueden absorber un máximo de 180 nm debido a que existen aminoácidos aromáticos que como triptófano y fenilalanina. La radiación UV puede producir daños en el ADN importantes debido a la formación de los llamados dímeros de pirimidina, que resultan de la unión de dos bases como la citosina y timidina de forma covalente con la consecuente incremento de probabilidad de error de la polimerasa al insertar un nucleótido. La radiación UV puede producir la muerte de un elevado número de bacterias por la ruptura del ADN.
La radiación ionizante es la más dañina. Tiene longitudes de onda menores, pero eso hace que sea más energética. Este tipo de radiación se encuentra en los rayos X, rayos gamma y rayos cósmicos entre otros. Dichas radiaciones producen la ionización del agua y otros compuestos. Forman radicales libres como el hidroxilo OH-, que reaccionan con las macromoléculas de las células inactivándolas, como es el caso del ADN. El problema de afectar al ADN es que esta molécula al ser la portadora de la información genética, si es dañada el daño es permanente, lo cual produce la muerte de la célula dañada.

VELOCIDAD Y TASAS DE MUTACIÓN

Hemos visto que las mutaciones pueden ser de muchos tipos, puntuales cuando afectan a un par o unos pocos pares de bases, o estructurales, cuando afectan a unos cientos o miles de pares de bases, pero ¿con que velocidad las células padecen mutaciones? Nos centramos en este blog en las células procariotas, esto es, bacterias y arqueobacterias, por lo que no entraremos a analizar mutaciones estructurales cromosómicas eucariotas. En bacterias, las mutaciones por errores de replicación de DNA afectan a un par de bases por ciclo una vez de entre cada 10 elevado a 7 y 10 elevado a 11. Como las bacterias tienen genes con aproximadamente 100 pares de bases por gen, en cada ciclo de división hay 10 elevado menos 4 y 10 elevado a menos 7 mutaciones por gen.
Entonces, ¿tienen todos los genes las mismas probabilidades de mutación? No, ya que las mutaciones silenciosas, por ejemplo tienen menos frecuencia (10 elevado a menos 7) ya que hay menos tripletes que contengan la secuencia UAG por ejemplo de terminación de traducción. Otras mutaciones como las transposiciones tienen una frecuencia de una vez cada 10 elevado a 4, lo cual es bastante. Finalmente existen unas secuencias llamadas hot spots o puntos calientes que son las que más tendencia tienen a mutar, ya que son secuencias cortas repetidas en las que la DNA polimerasa de la replicación tiende a cometer más errores.

MUTACIONES Y RECOMBINACIÓN BACTERIANA

Entendemos por mutación una variación en la secuencia de ácidos nucléicos del genoma de un organismo que resulta hereditaria. Al nuevo genotipo mutante se le llama mutante, frente al genotipo no mutante, llamado silvestre o salvaje. El fenotipo se nombra indicando con un + o un - la presencia de la proteína: Por ejemplo, His+ significará que la bacteria puede sintetizar la proteína Histidinol-fosfato aminotransferasa. Aquellas mutaciones que causan una ventaja en el organismo y por tanto son seleccionables se pueden detectar mediante un rastreo o screening, visualizando muchas colonias bacterianas. Se pueden hacer selecciones mediante adición de antibióticos para ver si el mutante resiste, o mediante réplica en placa mediante un terciopelo que permita una impresión en una placa de agar sin un nutriente y ver cuales crecen (las paternales si, las mutantes no). Aquellos mutantes que requieren un factor de crecimiento se llaman auxótrofos y derivan de los llamados protótrofos.
Un método de selección de mutantes auxótrofos es la selección con penicilina, que mata a las bacterias que están creciendo. Esto sirve para que se incuben primero los auxótrofos que les falta un nutriente, luego se añade la penicilina y se lava. Consituye un método de selección negativa porque no favorece al mutante, sino que perjudica al parental

TIPOS DE MUTACIONES:
Pueden ser “espontáneas”, que ocurren por errores en la replicación del ADN, Inducidas por culpa de radiaciones o agentes químicos. Se llaman puntuales cuando afectan a un par de bases o unos pocos, y pueden ser a su vez sustituciones, o pequeñas microinresciones o microdeleciones de nucleótidos. Por ejemplo, tenemos un gen con la secuencia TAC y la complementaria ATG. Ésta se transcribe a UAC. Dicha secuencia de ARNm codifica para el aminácido tirosina. Si se da una mutación que afecta a UAC y cambia a UAU, el aminoácido resultante seguirá siendo tirosina, por que el codón triplete coincide, y en este caso tendremos una mutación puntual silenciosa. Pero si la mutación hace que UAC pase a ser AAC, se codificará al aminoácido asparagina, lo que provocará una proteína defectuosa. Ello puede hacer que la proteína cambie su estructura y su sensibilidad por ejemplo a temperatura. Otro posible cambio es la llamada mutación sin sentido, como sería la que daría lugar a UAG, que es el codón de parada o terminación. Llamamos mutación por desfase a aquellas en las que una adición de un nucleótido provoca un desfase en el marco de lectura de tripletes, por lo que un mecanismo es añadir otros 2 nucleótidos que puedan corregir parte del efecto. La proteína resultane puede salir defectuosa o normal.
Ante las mutaciones puntuales, existen reversiones o mutaciones hacia atrás, que consisten en un proceso de revertientes (esto significa que se vuelve al fenotipo original) bien por reversión en el mismo sitio de la secuencia, o por una nueva mutación que restaura la función cambiada en la primera, o por revertientes de segundo sitio, que a su vez pueden ser reversiones en otra parte del gen afectado, o en otro gen que sintetiza una enzima que produce el fenotipo salvaje.
Hasta ahora nos hemos centrado en mutaciones puntuales, que bien afectan a un par de bases, o bien a unos pocos, pero existen mutaciones más profundas que afectan a muchos pares de bases nitrogenadas. Así las deleciones son mutaciones en las que se pierden cientos o miles de pares de bases. Esto produce la pérdida de la función de la proteína, y no puede repararse por reversión, sino solo por recombinación. Las inserciones son adiciones de muchas bases, lo que suele ocurrir durante errores de recombinación. Las grandes insercioenes si se pueden revertir por posteriores deleciones. Otras grandes mutaciones son las translocaciones en las que largas secuencias cambian su posición en el genoma, y las inversiones, en las cuales se invierte la posición de una secuencia de nucleótidos.