Mutatie (biologie)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Mutaties zijn wijzigingen in de erfelijke eigenschappen (het DNA of RNA) van een cel. Deze kunnen natuurlijke oorzaken hebben, maar ook experimenteel worden veroorzaakt. De drie hoofdcategorieën bij mutaties zijn puntmutaties, segmentmutaties en ploïdiemutaties.

Het DNA is opgebouwd uit codons of tripletten, die zelf weer bestaan uit drie van de nucleotiden: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) of thymine (T). RNA heeft in plaats van het nucleotide thymine het nucleotide uracil (U). De volgorde van deze nucleotiden wordt een sequentie genoemd. Wanneer er in zo'n sequentie iets veranderd, toegevoegd of verwijderd wordt, dan wordt dat een mutatie genoemd.

Bij meercellige organisme is de plaats van de mutaties van belang, omdat slechts de geslachtscellen de erfelijke eigenschappen doorgeven. Somatische mutaties zijn bij meercellige organismen de mutaties in cellen die niet (uiteindelijk) zorgen voor de voortplanting. Daar tegenover staan de generatieve mutatie, die plaatsvinden in de cellen van de kiembaan, waarvan de mutaties kunnen worden doorgegeven aan de gametenvormende cellen.

Mutaties spelen een belangrijke rol bij veel biologische verschijnselen, zoals evolutie, de ontwikkeling van resistentie bij virussen en bacteriën, erfelijke aandoeningen, het ontstaan van kanker en veroudering.

Oorzaken van mutaties[bewerken]

Mutaties zijn te verdelen in enerzijds spontane of natuurlijke mutaties en anderzijds door de mens geïnitieerde mutaties, bijvoorbeeld als onderdeel van biomedisch onderzoek of geavanceerde veredelingsmethoden. Zowel straling, chemicaliën, experimentele handelingen, als virussen kunnen de mutatie tot stand brengen.

Soorten mutaties[bewerken]

Mutaties kunnen op vele manieren optreden. Mutaties die de structuur van een DNA-sequentie veranderen, kunnen worden onderverdeeld in puntmutaties (kleinschalig, op het niveau van codons of tripletten), segmentmutatie (op het niveau van chromosomen). Ploïdiemutaties zijn grootschalige mutaties op het niveau van het genoom.[1]

Puntmutatie[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Puntmutatie en Frameshiftmutatie voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Wanneer de mutatie slechts één nucleotide (of ook wel enkele nucleotiden) betreft, dan is er sprake van puntmutaties (kleinschalige mutaties).[2]

  • Bij basensubstituties wordt het ene nucleotide uitgewisseld voor een andere.
    • Bij een transitie wordt een purine vervangen door een andere purine (A en G) of een pyrimidine voor een pyrimidine (C en T). Transities zijn de meest voorkomende puntmutaties want hier vindt geen structuurverandering plaats
    • Bij een transversie wordt een purine vervangen door een pyrimidine (A of G voor C of T) of andersom
  • frameshiftmutatie, rasterverschuiving of indel-mutaties (INsertion DELetion). Indel-mutaties zijn frameshiftmutaties: de genetische code wordt ernstiger verstoord dan door de meeste puntmutaties. In de meeste gevallen gaat het om een verandering van één nucleotide.
    • Bij kleinschalige deleties worden één of enkele naburige nucleotiden uit de sequentie verwijderd.
    • Bij kleinschalige inserties worden één of enkele naburige nucleotiden aan de sequentie toegevoegd.

Mutaties die optreden in genen die coderen voor een eiwitten kunnen verschillende gevolgen hebben voor de structuur van die eiwitten.

Basensubstituties kunnen een codon veranderen, met als mogelijk gevolg

  • een silent mutatie ('stille' mutatie): het nieuwe codon codeert (toevallig) voor hetzelfde aminozuur, en heeft dus geen gevolgen voor het fenotype.
  • een missense mutatie: het nieuwe codon codeert voor een ander aminozuur.
  • een nonsense mutatie: het nieuwe codon is een stopcodon, waardoor het eiwit ingekort wordt.

Bij inserties en deleties is de kans op ingrijpende gevolgen groter: verwijdering of toevoeging van één of meer nucleotiden en verschuiving van het reading frame, waardoor abnormale eiwitten worden gevormd. Abnormale eiwitten ten gevolge van een mutatie worden meestal gewoon afgebroken. Maar soms kan zo'n abnormaal eiwit zich ophopen, zoals bij sikkelcelanemie.

Segmentmutatie[bewerken]

Verschillende soorten mutaties op het niveau van chromosomen

Segmentmutaties worden ook wel grootschalige mutaties of chromosomale mutaties genoemd, omdat ze een aanzienlijk deel van de structuur van een chromosoom kunnen beïnvloeden. Segmentmutaties worden soms ook gerekend tot het verschijnsel van genetische recombinatie. Bij segmentmutaties wordt een groter aantal nucleotiden beïnvloed door verwijdering, tussenvoeging, verplaatsing of verdubbeling.[3]

  • bij deleties (verwijdering) wordt een sequentie uit het chromosoom verwijderd (meer dan één of enkele naburige nucleotiden)
  • bij inversies (omkering) wordt een sequentie binnen het chromosoom 'omgekeerd' qua volgorde.
  • bij duplicaties (verdubbeling) wordt een sequentie gekopieerd en elders aan het DNA toegevoegd
  • bij translocaties (verplaatsing) wordt een sequentie uit het chromosoom geknipt en elders weer toegevoegd.

Ploïdiemutatie[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Ploïdie voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Ploïdiemutaties of genoommutaties ontstaan door storing van de opbouw van microtubuli tijdens de mitose of de meiose. Dit kan een gevolg hebben voor de juiste verdeling van de chromosomen over de dochtercellen, maar heeft geen gevolg voor de genen-samenstelling of de structuur van de chromosomen zelf.[4]

Aneuploïdie is ongelijke verdeling van de chromosomen over de dochtercellen, waardoor er te weinig of te veel chromosomen terechtkomen in de dochtercellen. De oorzaak is non-disjunctie: een ongelijke deling van de homologe chromosomenparen. Het verlies van een chromosoom is vaak letaal, maar ook boventallige chromosomen in het genoom komen (mogelijk nadelig) tot uiting in het fenotype. Vormen van aneuploïdie zijn onder andere:

  • heterosomale monosomie kan voorkomen bij de geslachtschromosomen, doordat een ervan ontbreekt (XO); bij de vrouwen leidt dit tot het syndroom van Turner, bij muizen tot sterilitieit.
  • heterosomale trisosomie kan voorkomen bij de geslachtschromosomen, bij de mens zowel bij vrouwen (XXX) als bij mannen (XXY, syndroom van Klinefelter)
  • autosomale trisosomie van het 21ste chromosoom, dat een keer extra voorkomt (trisomie-21), leidt bij de mens tot het syndroom van Down.

Euploïdie is de vermeerdering of vermindering van het aantal chromosomen met volledige chromosomensets. Bij euploïdie krijgen de beide dochtercellen bij de celdeling een gelijke aantallen chromosomen. Afhankelijk van het aantal chromosomensets in de diplofase wordt het genoemd: triploïde (3n), tetraploïde (4n), hexaploïde (6n), met een algemene term: polyploïde. Als het bij een organisme om een oneven aantal (anorthoploïdie) gaat leidt de verdeling van chromosomen slecht zelden tot normale gameten; triploïde organismen zijn dan ook gewoonlijk steriel. Als het om een even aantal veelvouden van het genoom gaat (orthoploïdie), zijn de organismen gewoonlijk vruchtbaar. Dit verschijnsel is wijd verbreid onder de planten.

Gevolgen van mutaties[bewerken]

Mutaties spelen een belangrijke rol bij veel biologische verschijnselen, zoals bij evolutie, de ontwikkeling van resistentie bij virussen en bacteriën, erfelijke aandoeningen, het ontstaan van kanker en veroudering.

Het zogenaamde junk-DNA heeft geen duidelijke functie. Het betreft grote delen van het DNA. Mutaties in deze gedeelten hebben meestal weinig gevolgen: ze veranderen het genotype, maar niet het fenotype. Een dergelijke onschuldige of neutrale mutatie wordt ook wel een polymorfisme genoemd. Wanneer echter een mutatie optreedt in een coderend gedeelte van een gen, dan kunnen er wel duidelijke gevolgen zijn.

Mutaties en evolutie[bewerken]

Door mutaties kunnen nieuwe allelen en genen ontstaan, waardoor de erfelijke eigenschappen van een organisme veranderen. Mutaties zorgen dus voor genetische variatie, en spelen daarom een belangrijke rol bij de evolutie van het leven. Daarnaast zijn door verdubbeling van het aantal chromosomen nieuwe soorten ontstaan, zoals bij Brassica, Triticum en Musa. Door middel van natuurlijke selectie kunnen gunstige mutaties zich door een populatie verspreiden, en wordt de verspreiding van ongunstige mutaties tegengegaan.

Mutaties die niet een nadelige, maar ook niet een voordelige aanpassing zijn voor het organisme worden ook wel spandrels genoemd. Dergelijke 'neutrale mutaties' (mutaties zonder selectief voordeel) zullen zich willekeurig binnen populaties verspreiden, dit wordt genetische drift genoemd. Neutrale mutaties kunnen bij verdere evolutie wel weer van belang worden.

In het Luria-Delbrück experiment (1942) werd aangetoond dat mutaties toevallig plaatsvinden, onafhankelijk van natuurlijke selectie. Bepaalde mutaties komen niet vaker voor als de selectiedruk verhoogd wordt. Met het Luria-Delbrück experiment werd het Lamarckisme verworpen. Recent onderzoek wijst er echter op dat in bepaalde situaties een organisme de frequentie en de locatie van mutaties kan beïnvloeden.

Resistentie[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Resistentie tegen antibiotica en Virus (biologie) voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Resistentie tegen antibiotica betekent dat een bacterie (soort of stam) door evolutie bestand wordt tegen een bepaald antibioticum. Vele bacteriën van de betreffende populatie zullen sterven door het antibioticum, maar enkele overblijvende resistente bacteriën planten zich voort en zorgen voor de verspreiding van deze erfelijke eigenschap; na enige tijd zijn zo goed als alle bacteriën bestand tegen het antibioticum. Dit proces wordt Darwiniaanse selectie genoemd. Deze resistentie werkt tegenover een bepaald antibioticum en eventueel chemisch eraan verwante antibiotica. Soms echter kan er meervoudige resistentie optreden, als de selectie met meerdere antibiotica gebeurd is.

Erfelijke aandoening[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Erfelijke aandoening voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Veel mutaties hebben weinig invloed op nakomelingen omdat ze alleen maar in enkele lichaamscellen voorkomen. Zulke mutaties worden somatische mutaties genoemd. Somatische mutaties zijn niet erfelijk.

Wanneer echter een mutatie uiteindelijk in de geslachtscellen terechtkomt, dan wordt het een kiembaanmutatie (germline mutation) genoemd. Kiembaanmutaties kunnen erfelijk zijn, en zijn daarom van belang in erfelijke aandoeningen en evolutionaire processen. Kiembaanmutaties worden lethaal genoemd wanneer ze ervoor zorgen dat een organisme vroegtijdig (voor de geslachtsrijpheid) sterft, bijvoorbeeld in de embryonale fase.

Kanker[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Kanker voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Kanker wordt vaak veroorzaakt door een opeenhoping van mutaties in genen met regulerende functies. Hierdoor ontstaat ongeremde celdeling, waarbij de kans op nieuwe mutaties groter wordt, zodat de kankercellen steeds agressievere eigenschappen kunnen krijgen. Voordat een cel zich ontwikkelt als kankercel zijn meerdere mutaties nodig. Dat verklaart dat de kans op het voorkomen van kanker toeneemt met de leeftijd van het organisme.[5]

Veroudering[bewerken]

Senescentie of veroudering van eukaryote organismen gaat gepaard met veranderingen in het genoom.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Vogel, G. & H. Angermann (2001) dtv-Atlas Biologie. Band 3. S. 472 - 473.
  2. Vogel, G. & H. Angermann (2001) dtv-Atlas Biologie. Band 3. S. 474 - 475.
  3. Vogel, G. & H. Angermann (2001) dtv-Atlas Biologie. Band 3. S. 476 - 477.
  4. Vogel, G. & H. Angermann (2001) dtv-Atlas Biologie. Band 3. S. 478 - 479.
  5. Campbell, N.A.; J.B. Reece et al. (2007) Ch. 18, p. 376-377

Bronnen