Mutacja to nagła, losowa, skokowa i trwała zmiana w informacji genetycznej organizmu. Mutacje można klasyfikować według różnych kryteriów. Najczęściej wyróżnia się klasyfikację mutacji ze względu na: rodzaj komórek, w których zachodzą zmiany, przyczynę, skutek i poziom organizacji informacji genetycznej, w której zaszła zmiana.

Mutacje mogą zachodzić zarówno w komórkach somatycznych, jak i w komórkach rozrodczych. Ze względu na rodzaj komórek, w których zachodzą zmiany, mutacje dzieli się na somatycznemutacja somatycznasomatyczne i generatywnemutacja generatywnageneratywne.

Mutacje somatyczne zachodzą w materiale genetycznym komórek somatycznych, czyli takich, które budują ciało (np. komórki kości, płuc, jelit). Organizm człowieka składa się z 10Indeks górny 14¹⁴ komórek powstających na skutek podziałów mitotycznych zygoty. Podczas wzrostu organizmu zachodzą mutacje somatyczne, które mogą być wywołane przez błędy w czasie replikacji DNA oraz mutagennym wpływem różnych czynników środowiskowymi.

Zmiany informacji genetycznej w komórkach budujących ciało są przekazywane wyłącznie komórkom potomnym powstałym ze zmutowanej komórki na drodze mitozy. Nie są one przekazywane potomstwu poczętemu poprzez rozmnażanie płciowe. Zatem są to zmiany niedziedziczne. Większość mutacji somatycznych nie niesie ze sobą negatywnych konsekwencji dla funkcjonowania organizmu. Wyjątkiem są zmiany zaburzające przebieg cyklu życiowego komórki. Wówczas mogą one doprowadzić do rozwoju nowotworu.

Mutacje generatywne zachodzą w materiale genetycznym komórek generatywnych, czyli takich, które służą do rozmnażania płciowego. Organizm, w komórkach którego doszło do mutacji, nie ponosi skutków jej obecności. Natomiast zmiany informacji genetycznej w komórkach macierzystych gamet oraz w samych gametach mogą zostać przekazane potomstwu. Zatem są to zmiany dziedziczne.

Ze względu na przyczynę zachodzenia zmian mutacje dzieli się na spontanicznemutacja spontanicznaspontaniczne i indukowanemutacja indukowanaindukowane.

Mutacje spontaniczne to zmiany w informacji genetycznej zachodzące samorzutnie, bez wyraźnego wpływu czynników środowiskowych. Zmiany te następują w czasie replikacji DNA i polegają np. na błędnym wstawieniu nukleotydu. Proces replikacji przeprowadza kompleks białek enzymatycznych tworzących tzw. aparat replikacyjny. W jego skład wchodzi polimeraza DNA – enzym, który ma zdolność do rozpoznania zmiany, usunięcia błędnie wstawionego nukleotydu i poprawnego dołączenia nowego. Większość zmian jest naprawiana przez polimerazę DNA. Jednak niewielka ich część pozostaje w obrębie DNA, niosąc ze sobą różnorodne skutki dla organizmu. Zatem zachodzenie mutacji spontanicznych wynika ze złożoności przebiegu procesu biologicznego.

Mutacje indukowane to zmiany w informacji genetycznej zachodzące pod wpływem działania mutagenówmutagenmutagenów. Czynniki mutagenne oddziałujące na komórkę mogą doprowadzić m.in. do rozerwania cząsteczki DNA, powstania nowych wiązań utrudniających odczyt informacji genetycznej lub modyfikacji zasad azotowych. Do czynników uszkadzających i zmieniających informację genetyczną zalicza się:

• czynniki fizyczne: promieniowanie jonizujące, promieniowanie ultrafioletowe, temperatura;

• czynniki chemiczne: kwas azotowy (III), nadtlenek wodoru, amoniak, analogi zasad azotowych, kolchicyna;

• czynniki biologiczne: wirus opryszczki, wirus brodawczaka ludzkiego, wirus zapalenia wątroby typu B i C.

Ze względu na konsekwencje, jakie dla organizmu niosą zachodzące zmiany, mutacje dzielimy na korzystne, neutralne i niekorzystne.

Mutacje korzystne związane są z pojawieniem się nowych, korzystnych cech organizmu. Dzięki nim organizm lepiej przystosowuje się do zmieniających się warunków środowiska. Wzrost możliwości adaptacyjnych zwiększa szansę organizmu na przeżycie i wydanie na świat potomstwa. Nowe pokolenie, dziedzicząc korzystne zmiany informacji genetycznej, może ewoluować.

Mutacje neutralne są dla organizmu zmianami obojętnymi. Oznacza to, że pomimo zmian w informacji genetycznej organizm nie ponosi skutków ich obecności. Brak efektu fenotypowego wynika najczęściej z tego, że mutacje te zachodzą w obrębie niekodujących części DNA. W zmieniających się warunkach środowiska początkowo neutralna dla organizmu mutacja może okazać się korzystna, jeśli zwiększa możliwości adaptacyjne, lub niekorzystna, jeśli możliwości te są zmniejszone.

Mutacje niekorzystne są dla organizmu zmianami negatywnymi. Gdy obecność mutacji skutkuje śmiercią organizmu, wówczas jest to tzw. mutacja letalna. W przypadku, gdy obecność mutacji zmniejsza możliwości adaptacyjne, ogranicza zdolności rozrodcze, objawia się rozwojem choroby lub powoduje przedwczesną śmierć, wówczas jest to tzw. mutacja subletalna.

Ze względu na poziom organizacji informacji genetycznej, w której zachodzą zmiany, mutacje dzieli się na genowe i chromosomowe. Pierwsze skutkują zmianami w pojedynczych genach, drugie natomiast obejmują większą ilość materiału genetycznego – powodują zmiany w strukturze lub liczbie chromosomów.

Mutacje genowe (mutacje punktowe) dotyczą zmian w obrębie genów na poziomie sekwencji nukleotydowej łańcucha DNA. W zależności od charakteru zmiany wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje mutacji genowych:

1. substytucjasubstytucjasubstytucja – mutacja prowadząca do zamiany jednej pary nukleotydów na inną; podstawienie może dotyczyć:

• tranzycji – zamianie ulega puryna na purynę lub pirymidyna na pirymidynę;

• transwersji – zamianie ulega puryna na pirymidynę lub pirymidyna na purynę;

2. delecjadelecjadelecja – mutacja polegająca na utracie jednej lub kilku par nukleotydów;

3. insercjainsercjainsercja – mutacja polegająca na dodaniu jednej lub kilku par nukleotydów.

Zazwyczaj mutacje genowe powstają w czasie replikacji DNA. Pojawiające się zmiany w informacji genetycznej są wynikiem stopnia złożoności procesu powielania, jak i efektem oddziaływania czynników mutagennych.

Mutacje chromosomowe (aberracje chromosomowe) dotyczą zmian w budowie chromosomu (tzw. mutacje chromosomowe strukturalne) lub w liczbie chromosomów (tzw. mutacje chromosomowe liczbowe).

Mutacje chromosomowe strukturalne dzieli się na cztery rodzaje:

• delecja (deficjencjadeficjencjadeficjencja) – zmiana polegająca na utracie fragmentu chromosomu;

• duplikacjaduplikacjaduplikacja – zmiana polegająca na podwojeniu fragmentu chromosomu;

• inwersjainwersjainwersja – zmiana polegająca na odwróceniu fragmentu chromosomu o 180 stopni;

• translokacjatranslokacjatranslokacja – zmiana polegająca na przemieszczeniu fragmentu chromosomu na inny chromosom niehomologiczny. Szczególnym rodzajem translokacji jest translokacja wzajemna, polegająca na wymianie fragmentów między dwoma chromosomami niehomologicznymi.

Mutacje chromosomowe liczbowe dzieli się na dwa rodzaje:

1. aneuploidiaaneuploidiaaneuploidia – zmiana liczby chromosomów w obrębie jednej pary; w zależności od charakteru mutacji wyróżnia się następujące typy zmian:

• monosomia (2n - 1) – mutacja polegająca na braku jednego chromosomu z danej pary;

• trisomia (2n + 1) – mutacja polegająca na obecności jednego dodatkowego chromosomu w danej parze;

• nullisomia (2n - 2) – mutacja polegająca na braku dwóch chromosomów danej pary;

• tetrasomia (2n + 2) – mutacja polegająca na obecności dwóch chromosomów tworzących dodatkową parę;

2. euploidiaeuploidiaeuploidia – zmiana liczby zestawów chromosomów (np. n – monoploidia, 3n – triploidia, 4n – tetraploidia, 5n – pentaploidia itd.); jeśli zwielokrotnione genomy są genetycznie jednakowe, mówimy o autopoliploidiiautopoliploidiaautopoliploidii, a w przypadku gdy są różne – o allopoliploidiiallopoliploidiaallopoliploidii.

Zazwyczaj mutacje chromosomowe powstają w czasie podziału mitotycznego i mejotycznego. Pojawiające się zmiany w informacji genetycznej są wynikiem braku rozdziału chromosomów, nierównomiernego rozdzielenia chromosomów lub wielokrotnej replikacji DNA niezakończonej podziałem komórki.

Słownik