Brontekst bekijken van Mutatie (biologie)

'''Mutaties''' zijn wijzigingen in de [[Genetica|erfelijke eigenschappen]] van het [[genoom]] (het [[DNA (biologie)|DNA]] of [[Ribonucleïnezuur|RNA]]) van een [[Cel (biologie)|cel]]. Tot het genoom wordt ook het erfelijk materiaal van de [[organel]]len, zoals het [[mitochondriaal DNA]] van de [[Mitochondrion|mitochondriën]] en het [[Chloroplast-DNA|plastoom]] van de [[plastide]]n gerekend. Mutaties kunnen natuurlijke oorzaken hebben, maar ook experimenteel worden veroorzaakt.

De drie hoofdcategorieën bij mutaties zijn puntmutaties, segmentmutaties en ploïdiemutaties.
* [[Puntmutatie]]s zijn wijzigingen in het DNA of RNA als gevolg van veranderingen, toevoegingen of verwijderingen in de [[Sequentie (biologie)|sequentie]].
* [[Segmentmutatie]]s zijn mutaties op het niveau van [[Chromosoom|chromosomen]]. Ze kunnen een aanzienlijk deel van de structuur van een chromosoom beïnvloeden.
* Ploïdiemutaties of genoommutaties zijn grootschalige mutaties op het niveau van het [[genoom]]. Deze beïnvloeden bij een celdeling de juiste verdeling van de chromosomen over de [[dochtercel]]len.

Het DNA is opgebouwd uit vier [[nucleotide]]n: [[adenine]] (A), [[cytosine]] (C), [[guanine]] (G) en [[thymine]] (T). RNA heeft de nucleotide [[uracil]] (U) in plaats van de nucleotide thymine. De nucleotiden worden gelezen als [[Codon|codons of tripletten]] waarvan elk opgebouwd is uit drie opeenvolgende nucleotiden. Omdat elk codon codeert voor een aminozuur in de eiwitketen die afgeschreven wordt van het mRNA is de volgorde van deze nucleotiden in de codons bepalend voor de volgorde van aminozuren in eiwitten die gevormd worden in de cel. Deze volgorde beïnvloedt de eigenschappen van [[enzym]]en, [[peptide]]n en [[proteïne]]n in het algemeen.

Bij [[Meercellig organisme|meercellige organismen]] is het van belang waar de mutaties plaatshebben omdat slechts de [[Gameet|geslachtscellen]] de erfelijke eigenschappen doorgeven. Deze mutaties vinden plaats in de cellen van de [[kiembaan]], waarvan de mutaties kunnen worden doorgegeven aan de [[Gameet|gametenvormende]] cellen. [[Somatische mutatie|Somatische mutaties]] daarentegen zijn bij meercellige organismen de mutaties in cellen die niet betrokken zijn bij de [[Voortplanting (biologie)|voortplanting]].

Mutaties spelen een belangrijke rol bij veel biologische verschijnselen, zoals [[evolutie (biologie)|evolutie]], de ontwikkeling van [[Resistentie tegen antibiotica|resistentie]] bij [[Virus (biologie)|virussen]] en [[bacteriën]], [[erfelijke aandoening]]en, het ontstaan van [[kanker]] en [[veroudering (mens)|veroudering]].

== Oorzaken van mutaties ==
Mutaties zijn te verdelen in enerzijds spontane of natuurlijke mutaties en anderzijds door de mens geïnitieerde mutaties, bijvoorbeeld als onderdeel van genetisch onderzoek of geavanceerde veredelingsmethoden. Zowel [[straling]], [[Scheikunde|chemicaliën]], experimentele handelingen, als [[virus (biologie)|virus]]sen kunnen mutaties tot stand brengen.

Een team van wetenschappers onder leiding van J. Gray Monroe van de [[Universiteit van Californië]] in [[Davis (Californië)|Davis]] in de VS, en Detlef Weigel van het ''Max Planck Instituut voor Biologie'' in [[Tübingen (stad)|Tübingen]], meldt in [[Nature]] dat mutaties in het [[genoom]] volgens J. Gray Monroe en medewerkers echter niet willekeurig plaatsvinden, maar onder invloed van [[epigenetica]] zouden plaatsvinden. Deze ontdekking zou een herziening kunnen betekenen van de klassieke [[evolutietheorie]].<ref>{{en}} {{aut|Monroe, J.G., Srikant, T., Carbonell-Bejerano, P. et al.}} (2022) [https://www.nature.com/articles/s41586-021-04269-6] ''Mutation bias reflects natural selection in Arabidopsis thaliana''], Nature, 12 januari 2022.</ref>

== Soorten mutaties ==
Mutaties kunnen op vele manieren optreden. Mutaties die de structuur van een DNA-sequentie veranderen (de volgorde van de [[Nucleobase|basen]] in het DNA), kunnen worden onderverdeeld in puntmutaties (kleinschalige mutaties, op het niveau van [[Codon|codons of tripletten]]), segmentmutaties (op het niveau van [[Chromosoom|chromosomen]]). Ploïdiemutaties zijn grootschalige mutaties op het niveau van het [[genoom]].<ref name="Vogel">{{aut|Günter Vogel|Vogel}} en {{aut|Hartmut Angermann|Angermann}} (2001)</ref>{{rp|472-473}}

=== Puntmutatie ===
{{Zie hoofdartikel|Puntmutatie}}
Wanneer de mutatie slechts één [[nucleotide]] (of ook wel enkele nucleotiden) betreft, dan is er sprake van puntmutaties.<ref name="Vogel" />{{rp|474-475}}
* Bij een [[basensubstitutie]] 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]] door 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
* Bij [[frameshiftmutatie]], rasterverschuiving of ''[[indel]]''-mutaties (INsertion DELetion) wordt de genetische code ernstiger verstoord dan bij de meeste puntmutaties. In de meeste gevallen gaat het om een verandering van één nucleotide.
** Bij kleinschalige [[Deletie (genetica)|deleties]] worden een of enkele naburige nucleotiden uit de sequentie verwijderd.
** Bij kleinschalige [[Insertie (chromosomen)|inserties]] worden een of enkele naburige nucleotiden aan de sequentie toegevoegd.

Mutaties die optreden in genen die coderen voor [[proteïne|eiwitten]] kunnen verschillende gevolgen hebben voor de structuur van die eiwitten.

Basensubstituties kunnen een [[codon]] veranderen, met als mogelijke gevolgen:
# een 'stille' mutatie (''silent''): 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 [[leesraam]] (''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 ===
{{Zie hoofdartikel|Segmentmutatie}}
[[Bestand:Chromosomenmutationen Dutch text.png|300px|thumb|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 [[Recombinatie (genetica)|genetische recombinatie]].

Bij segmentmutaties wordt een groter aantal nucleotiden beïnvloed door verwijdering, tussenvoeging, verplaatsing of verdubbeling.<ref name="Vogel" />{{rp|476-477}} De verschillende typen segmentmutaties zijn:
* bij [[Deletie (genetica)|deleties]] (verwijdering) wordt een sequentie uit het chromosoom verwijderd (meer dan een of enkele naburige nucleotiden),
* bij [[Inversie (chromosomen)|inversies]] (omkering) wordt een sequentie binnen het chromosoom omgekeerd qua volgorde,
* bij [[duplicatie]]s (verdubbeling) wordt een sequentie gekopieerd en elders aan het DNA toegevoegd,
* bij [[translocatie]]s (verplaatsing) wordt een sequentie uit het chromosoom geknipt en elders weer toegevoegd,
* bij [[Insertie (chromosomen)|inserties]] (toevoeging) wordt een sequentie toegevoegd aan het chromosoom.
{{Clearright}}

=== Ploïdiemutatie ===
{{Zie hoofdartikel|Ploïdie}}
{{Zijbalk mutaties polyploïdie}}
Ploïdiemutaties of genoommutaties ontstaan door storing van de opbouw van [[Microtubulus|microtubuli]] tijdens de [[mitose]] of de [[meiose (voortplanting)|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.<ref name="Vogel" />{{rp|478-479}}

[[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 steriliteit.
* heterosomale [[trisomie]] kan voorkomen bij de geslachtschromosomen, bij de mens zowel bij vrouwen (XXX) als bij mannen (XXY, [[syndroom van Klinefelter]])
* autosomale trisosomie van het [[Chromosoom 21|21e 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 [[Kernfasewisseling|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 wijdverbreid onder de [[planten]].
* bij [[Autoploïdie|autopolyploïdie of autoploïdie]] treedt op bij vermenigvuldiging van het genoom van een soort of van een vruchtbare [[Hybride (biologie)|bastaard]].
* bij [[Alloploïdie|allopolyploïdie, alloploïdie of hybridogene polyploïdie]] is de herkomst van de chromosomen van verschillende oudersoorten (planten), zodat de nakomelingen vrijwel altijd [[onvruchtbaarheid|steriele]] hybriden zijn.

Na autoploïdie en alloploïdie (hybridogene polyploïdie) treedt in de loop van de evolutie, en soms al snel, weer [[diploïdisatie]] op door [[Fractionatie (genetica)|fractionatie]].<ref>[https://genomevolution.org/wiki/index.php/Fractionation 'Fractionation' in ''CoGepedia'']</ref><ref>{{aut|Langham, R.J. e.a.}} (2004): [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1470742/pdf/15020478.pdf 'Genomic Duplication, Fractionation and the Origin of Regulatory Novelty'] in ''Genetics'', Volume 166, p. 935–945</ref> Hierdoor krijgt een oud tetraploïde genoom weer een diploïd karakter.

== Gevolgen van mutaties ==
Mutaties spelen een belangrijke rol bij veel biologische verschijnselen: ze vormen de basis van [[Evolutie (biologie)|evolutie]] en hebben een rol in de ontwikkeling van [[Resistentie tegen antibiotica|resistentie]] bij [[Virus (biologie)|virussen]] en [[bacteriën]], [[erfelijke aandoening]]en en in het ontstaan van [[kanker]] en [[Veroudering (mens)|veroudering]].

Een neutrale mutatie zonder [[Natuurlijke selectie|selectief]] voordeel is een [[spandrel]]. Wanneer echter een mutatie optreedt in een coderend gedeelte van een [[gen]], dan kunnen er wel duidelijke gevolgen zijn. Vaker komt voor dat mutaties een evolutionair nadeel opleveren. In het geval dat een mutatie een gunstig effect heeft op het fenotype, is de kans groter dat deze mutatie wordt doorgegeven aan het nageslacht.

Het zogenaamde [[junk-DNA]] heeft geen duidelijke functie. Het junk-DNA beslaat zo'n 80 - 90% 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 is [[Polymorfie (genetica)|polymorfie]].

=== Mutaties en evolutie ===
Door mutaties kunnen nieuwe [[allel]]en en [[gen]]en ontstaan, waardoor de erfelijke eigenschappen van een organisme veranderen. Mutaties zorgen dus voor genetische variatie en spelen daarom een belangrijke rol bij de [[Evolutie (biologie)|evolutie]] van het leven. Daarnaast zijn door verdubbeling van het aantal chromosomen nieuwe soorten ontstaan, zoals bij [[Kool (geslacht)|''Brassica'']], [[Tarwe|''Triticum'']] en [[Banaan (geslacht)|''Musa'']]. Door middel van [[natuurlijke selectie]] kunnen gunstige mutaties zich door een [[Populatie (biologie)|populatie]] verspreiden en wordt de verspreiding van ongunstige mutaties tegengegaan.

Mutaties die niet een nadelige, maar ook geen [[Adaptatie (biologie)|voordelige aanpassing]] zijn voor het organisme zijn ''[[The spandrels of San Marco and the Panglossian paradigm|spandrels]]''. Dergelijke mutaties zonder selectief voordeel (neutrale mutaties) zullen zich willekeurig binnen populaties kunnen verspreiden. Dit is [[genetische drift]]. Neutrale mutaties kunnen eventueel 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 ===
{{Zie hoofdartikel|Resistentie tegen antibiotica|Virus (biologie)}}
Resistentie tegen antibiotica betekent dat een bacterie (een [[soort]] of [[Reincultuur (microbiologie)|stam]]) door [[Evolutie (biologie)|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 [[Genetica|erfelijke eigenschap]]; na enige tijd zijn zo goed als alle bacteriën bestand tegen het antibioticum. Dit proces is [[Darwinisme|Darwiniaanse selectie]]. 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 ===
{{Zie hoofdartikel|Erfelijke aandoening}}
Veel mutaties hebben weinig invloed op nakomelingen omdat ze alleen maar in enkele lichaamscellen van [[Meercellig organisme|meercellige organismen]] voorkomen. Dit zijn [[somatische mutatie]]s. Somatische mutaties zijn niet erfelijk.

Wanneer echter een mutatie uiteindelijk in de [[kiembaan]] en in geslachtscellen terechtkomt, dan is het een kiembaanmutatie (''germline mutation''). Kiembaanmutaties kunnen erfelijk zijn en zijn daarom van belang in erfelijke aandoeningen en evolutionaire processen. Kiembaanmutaties zijn letaal wanneer ze ervoor zorgen dat een organisme vroegtijdig (voor de [[geslachtsrijp]]heid) sterft, bijvoorbeeld in de [[embryo]]nale fase.

=== Kanker ===
{{Zie hoofdartikel|Kanker}}
Kanker wordt vaak veroorzaakt door een opeenhoping van mutaties in genen met regulerende functies. Hierdoor ontstaan ongeremde [[Mitose|celdelingen]], 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.<ref>{{aut|Campbell, N.A.; J.B. Reece et al.}} (2007) Ch. 18, p. 376-377</ref>

=== Veroudering ===
[[Senescentie]] of veroudering van eukaryote organismen gaat gepaard met veranderingen in het genoom.

== Zie ook ==
* [[Mutant]]

{{Appendix|2=
{{References}}
'''Bronnen'''
* {{en}}{{aut|Campbell, N.A., J.B. Reece et al.}}; (2007): ''Biology'', Benjamin-Cummings
* {{de}}{{aut|Günter Vogel|Vogel, G.}}; {{aut|Hartmut Angermann|Angermann, H.}} (2001): ''dtv-Atlas Biologie'', Band 3, Deutscher Taschenbuch Verlag
}}
{{Navigatie Mutatie}}
{{Navigatie chromosoom}}
{{Navigatie biologie}}
{{Commonscat|Mutations}}

[[Categorie:Genetica]]
[[Categorie:Mutaties| ]]