mutasjon

Det er to hovedårsaker til at mutasjoner oppstår:

1. Feil i cellenes egne funksjoner,
2. ytre påvirkning (for eksempel skadelig stråling og kjemikalier).

Selv om mutasjoner er naturlig og skjer hele tiden, kan man også fremkalle mutasjoner med hensikt i laboratoriet ved hjelp av ytre påvirkning.

I organismer som består av mange celler (flercellede organismer) er det viktig å skille mellom mutasjoner i to ulike typer celler: kroppsceller (somatiske celler) og kjønnsceller (gameter). Mutasjoner som oppstår i kjønnscellene arves til neste generasjon, mens mutasjoner som oppstår i kroppscellene dør med det individet de har oppstått i. Noen unntak er mutasjoner i somatiske celler hos planter, som kan føres videre gjennom ukjønnet formering (vegetativ formering). Mange typer kreft skyldes mutasjoner i kroppsceller.

Hos organismer som består av kun én celle (encellede organismer) og formerer seg ved deling, for eksempel bakterier, overføres hver mutasjon til neste generasjon.

Konsekvensen av en mutasjon vil avhenge av hvor i DNA-et den skjer og hva slags type mutasjon det er. Dersom mutasjonen skjer i et viktig gen kan resultatet bli at organismen ikke utvikler seg som den skal og får en sykdom. En annen konsekvens kan være at organismen får en ny egenskap og blir enda bedre tilpasset miljøet sitt enn før. Dersom mutasjonen skjer et sted i DNA-et som ikke er viktig, vil ikke mutasjonen få noen konsekvenser for organismen.

Mutasjoner kan være små, for eksempel ved at kun ett basepar i DNA-tråden blir endret, eller store ved at mange gener på et kromosom blir påvirket. Vi skiller derfor ofte mellom mutasjoner i enkeltgener og mutasjoner som påvirker en større del av kromosomet.

Mutasjoner kan også skje i såkalt ikke-kodende DNA, det vil si DNA som ikke er gener. Siden det fins ulike typer ikke-kodende DNA vil konsekvensen av en mutasjon i disse områdene variere.

Genmutasjoner er endringer som skjer i ett og ett gen (enkeltgener). Det fins ulike typer genmutasjoner og de påvirker genet forskjellig. Noen mutasjoner vil ha alvorlige konsekvenser, andre vil ikke ha noen konsekvens i det hele tatt.

For å forstå hvordan en genmutasjon påvirker genet må man kjenne til den genetiske koden og hvordan et gen er bygget opp. Gener ligger på rekke og rad på DNA-tråden som er bygget opp av de fire bokstavene A, T, C og G (se DNA – Oppbygging). Byggesteinene som bokstavene representerer kalles nukleotider. De fire bokstavene er satt sammen i ulike rekkefølger for å spesifisere ulike produkter cellen trenger, på samme måte som bokstaver i et alfabet er satt sammen på mange ulike måter for å spesifisere forskjellige ord.

Når et gen skal aktiveres må cellen lese rekkefølgen på bokstavene og oversette denne rekkefølgen til aminosyrer som så settes sammen til proteiner. Tre og tre bokstaver på DNA-tråden koder for en aminosyre. En slik triplett av bokstaver kalles et kodon.

• Les mer om den genetiske koden

Om en mutasjon påvirker genets funksjon eller ikke avhenger av om den genetiske koden endres og hvordan den eventuelt endres. Dersom mutasjonen skjer i den tredje og siste bokstaven i kodonet skjer det som regel ingen endring i aminosyren. Disse kalles stille mutasjoner fordi de ikke får noen merkbar konsekvens for individet. Dersom mutasjonen skjer i den første eller andre bokstaven vil det ofte påvirke genets funksjon. Noen ganger oversettes ikke genet til protein i det hele tatt fordi mutasjonen fører til at det dannes et stoppsignal (stoppkodon). Slike mutasjoner er som regel skadelige for organismen.

Bokstaver kan også slettes (delesjon) eller det kan settes inn ekstra (insersjon). Slike mutasjoner fører til forskyvning i rekkefølgen av bokstaver, og triplettene som oversettes til aminosyrer endrer seg. Slike mutasjoner kalles leserammemutasjon da det er leserammen som forskyves. Slike mutasjoner kan ha stor påvirkning på proteinet genet koder for, fordi aminosyrene som utgjør basisen for det ferdige proteinet endres. Det kan også oppstå et nytt stoppkodon og denne type endring kan forårsake at et gen ikke lenger koder for et funksjonelt protein. Dersom et slikt nytt stoppkodon befinner seg i begynnelsen av genet vil det være særlig kritisk, da aminosyrekjeden forkortes betraktelig.

Genmutasjonene beskrevet over kalles også for punktmutasjoner fordi det kun skjer en endring ett sted i genet (en base byttes ut, en base settes inn eller en base trekkes ut). Genmutasjoner kan også være større, for eksempel at tre baser settes inn på én gang. Dersom tre bokstaver etter hverandre slettes eller settes inn samtidig, vil proteinet miste eller få en ny aminosyre. Dette kan også påvirke proteinets funksjon, men det avhenger av om endringen skjer et viktig sted i proteinet eller et sted som ikke er avgjørende for å opprettholde funksjonen.

Kromosommutasjoner er forandringer i kromosomenes antall eller struktur.

Mutasjoner foregår i alle celler. Men genene er veldig stabile, og mutasjoner er relativt sjeldne begivenheter. Man regner mutasjoner for å være tilfeldige hendelser. Det er fordi mutasjonene oppstår helt uavhengig av hvilken effekt de har på organismen, altså hvor fordelaktige eller uheldige de vil være.

Mutasjoner er grunnlaget for evolusjon av arter. Evolusjon skjer når en gruppe organismer (populasjon) gradvis endrer sin genetiske sammensetning over tid. Mutasjoner fører til nye genvarianter som igjen fører til forskjeller i utvikling, utseende og adferd blant organismene. Dette gjør at organismer kan bli enda bedre tilpasset miljøet sitt og ha mulighet til å tilpasse seg forandringer som skjer i miljøet og på den måten endre seg over tid. Mutasjoner er derfor forutsetningen for all biologisk evolusjon, gjennom å skape den arvelige variasjonen som de andre evolusjonskreftene (seleksjon, migrasjon og tilfeldigheter) virker på.

Tidligere trodde man at mutasjoner oppstod som en respons fra organismen for å prøve å tilpasse seg en forandring i miljøet, men det er ikke slik mutasjoner fungerer. Mutasjoner oppstår helt spontant og tilfeldig hele tiden, og organismene tilpasser seg miljøet basert på de mutasjonene som allerede fins i populasjonen.

Et eksempel er bakteriers motstandsdyktighet mot antibiotika (antibiotikaresistens). Resistens mot antibiotika fins naturlig hos mange arter av bakterier. Disse mutasjonene har oppstått tilfeldig en eller annen gang i bakterienes evolusjon. Når bakteriene blir utsatt for antibiotika er det de individene som har mutasjoner for resistens som overlever.

Motstandsdyktighet (resistens) mot insektmiddelet DDT er et annet eksempel. DDT ble brukt til å drepe skadeinsekter i landbruket, men fordi noen insekter hadde mutasjoner som gjorde at de allikevel overlevde, spredte disse seg og etter hvert mistet DDT sin virkning som insektmiddel.

Noen mutasjoner fører til at proteiner i kroppen ikke fungerer som de skal. Slike mutasjoner kan derfor føre til sykdom. De kalles gjerne sykdomsfremkallende mutasjoner. Ordet sekvensvariant (fordi DNA-sekvensen innehar variasjon) brukes ofte om mutasjoner hos mennesker.

• Les mer om medisinsk genetikk

Teorien om mutasjoner førte til oppklaring av et motsetningsforhold mellom darwinistisk utviklingslære og mendelsk genetikk. Charles Darwins idé om livets utvikling (evolusjon) bygde på at plante- og dyreartene kunne forandre seg fra generasjon til generasjon. Gregor Mendels arveregler uttrykte derimot at arvefaktorene er uforandret ned gjennom generasjonene. Løsningen på dette dilemmaet brakte den nederlandske botanikeren og genetikeren Hugo de Vries i 1901 med sin mutasjonsteori. Han studerte mutanter av planten nattlys (Oenothera). Mutasjonsteorien ble særlig støttet av den amerikanske zoologen og genetikeren Thomas Hunt Morgan og hans medarbeideres utforskning av bananfluer. I 1926 oppdaget den amerikanske genetikeren Hermann Muller at røntgenstråler kan indusere mutasjoner. Kjemiske stoffers mutagene virkning ble oppdaget i 1943 av den tyske genetikeren Charlotte Auerbach (1899–1994) og den tyske botanikeren Friedrich Oehlkers (1890–1971). Da man ble klar over arvestoffets natur og funksjon, ble det også klart at mutasjon måtte bety en forandring i basesammensetningen i DNA-molekylet.

Mutasjonsforskningen arbeider i dag også med å avsløre mutagener, blant annet med sikte på å beskytte mennesket og andre organismer mot påvirkning fra mutagener i miljøet. En egen forening er opprettet med dette som formål, European Environmental Mutagen Society (EEMS).

• genetikk
• gener
• evolusjon
• medisinsk genetikk
• Charles Darwin
• Gregor Mendel