3.2.2. Causas de las mutaciones.
Gran parte de las mutaciones se producen de manera espontánea, es decir, por causas naturales como errores que pueden ocurrir en la replicación o en la meiosis, o por cambios químicos espontáneos en el ADN.
La tasa de mutación espontánea, en general, es más baja en las bacterias y en otros microorganismos que en organismos más complejos. En la especie humana y en otros organismos pluricelulares se estima que ocurre una mutación en uno de cada cien mil a un millón de gametos, aunque existe una variación considerable de un gen a otro.
Otras mutaciones son causadas por la presencia en el medio de agentes físicos o químicos que pueden afectar a la estructura del ADN. Estas son mutaciones inducidas, y los agentes que las desencadenan son agentes mutagénicos.
AGENTES MUTAGÉNICOS
Desde que Hermann J. Muller ( 1927 ) y Lewis Stadler ( 1928) comprobaron que la aplicación de rayos X sobre las moscas de la fruta y sobre el centeno, respectivamente, inducía la aparición de mutaciones, se han descubierto muchos agentes mutagénicos, que se pueden clasificar en tres grupos: físicos, químicos y biológicos.
Agentes mutagénicos físicos
Aunque las subidas intensas y rápidas de la temperatura pueden provocar mutaciones, los agentes físicos mutagénicos por excelencia son las radiaciones, que se dividen en ionizantes y no ionizantes.
· Radiaciones ionizantes. Son radiaciones de longitud de onda muy corta y, por tanto, muy energéticas, que provocan la ionización de los átomos de las sustancias que atraviesan. Entre estas radiaciones se encuentran los rayos X y g, así como las partículas α y b y los neutrones emitidos en procesos radiactivos.
Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos son de tres tipos:
- Fisiológicos. Pueden producir cambios enzimáticos que se traducen en modificaciones metabólicas.
- Citogenéticos. Comportan alteraciones en la estructura de los cromosomas, como deleciones y translocaciones.
- Genéticos. Son producidos por ionizaciones directas del ADN o a través de otros iones que, a su vez, provocan nuevas ionizaciones y la aparición de radicales libres muy reactivos. Éstos originan cambios químicos en el ADN que se traducen en mutaciones génicas, como la rotura de los enlaces nucleotídicos, la rotura y pérdida de bases nitrogenadas y la aparición de formas tautoméricas.
· Radiaciones no ionizantes. Son, fundamentalmente, las radiaciones ultravioleta (UV). A diferencia de las anteriores, no producen ionizaciones. Su acción primaria consiste en provocar el paso de electrones a niveles energéticos más altos, lo cual puede dar lugar a formas tautoméricas y dímeros de timina.
Agentes mutagénicos químicos
Numerosas sustancias tienen acción mutagénica (hidrocarburos policíclicos, aminas aromáticas, agentes alquilantes, colorantes industriales, pesticidas, etc.). A diferencia de las radiaciones, sus efectos, entre los que se pueden destacar los siguientes, suelen ser más retardados:
· Modificaciones de las bases nitrogenadas. Comprenden las reacciones de desaminación, alquilación e hidroxilación, que provocan emparejamientos erróneos. Así, por ejemplo, la desaminación de la adenina da lugar a la hipoxantina, que se aparea con la citosina en lugar de la timina; la guanina se transforma por alquilación en 6-O-metilguanina, que se aparea con timina en lugar de citosina.
· Sustituciones de bases. Están causadas por análogos de bases nitrogenadas que provocan un emparejamiento erróneo durante la replicación al cambiar una base por otra. Entre ellos se encuentran la 2-aminopurina y el bromouracilo.
· Introducción de ciertas moléculas en la cadena polinucleotídica del ADN. Estas inserciones provocan la aparición de un exceso de nucleótidos en la hebra de nueva formación durante la replicación. De este modo, a partir de ese punto los tripletes de bases se alteran y el mensaje genético cambia.
Agentes mutagénicos biológicos
Algunos agentes biológicos aumentan la frecuencia de la mutación génica, Destacan entre ellos ciertos virus que pueden producir cambios en la expresión de algunos genes (por ejemplo, los retrovirus, los adenovirus o el virus de la hepatitis B humana, entre otros) y los transposones. Estos últimos son segmentos móviles de ADN que pueden cambiar de posición, trasladándose a otro lugar distinto dentro del mismo cromosoma o incluso a otro cromosoma.
Estos elementos móviles se han encontrado en todo tipo de organismos (maíz, levaduras, insectos, bacterias, etc.) y pueden originar mutaciones, ya que causan una activación o inactivación génica no deseada al insertarse en los genes estructurales o en los reguladores. Se cree además, que los virus mutagénicos podrían realizar su acción al llevar en su genoma transposones tomados de una célula previamente infectada que incorporarían a la nueva célula parasitada,
Transposon intercalado en una secuencia génica normal.
CAUSAS DE LAS MUTACIONES GÉNICAS
Si consideramos, que las mutaciones génicas son las mutaciones en sentido estricto, el estudio de las causas de estas, se puede considerar como el estudio de las causas de las mutaciones. Los otros tipos de mutaciones, se consideran más bien como alteraciones del material genético.
Las mutaciones génicas pueden producirse por tres causas: por errores de lectura durante la replicación del ADN, por lesiones fortuitas, como, por ejemplo, la rotura del enlace que une una base nitrogenada a la desoxirribosa, o por transposiciones (cambios de posición) de ciertos segmentos del gen.
· Errores de lectura. Los errores de lectura que pueden aparecer durante la replicación del ADN pueden deberse a dos causas: a los cambios tautoméricos y a los cambios de fase.
a) Los cambios tautoméricos. Cada base nitrogenada puede presentarse en dos formas diferentes denominadas formas tautoméricas o tautómeros, una es la normal y la otra la rara. Ambas formas están en equilibrio, y espontáneamente se pasa de una a la otra, lo que se denomina cambio tautomérico. Esto, si sucede durante la replicación, implica mutaciones, ya que cambia la base complementaria en la nueva hebra de ADN. Por ejemplo, la forma normal de la G se complementa con la C, mientras que la forma rara de G, es decir, su forma tautomérica, lo hace con la T.
b) Los cambios de fase. Son deslizamientos de la hebra que se está formando sobre la hebra molde, de forma que quedan bucles al volverse a emparejar. El crecimiento sigue y la diferencia queda fijada, originándose así la mutación.
· Lesiones fortuitas. Las lesiones fortuitas son alteraciones de la estructura de uno o de varios nucleótidos, que aparecen de forma natural. Las más frecuentes son:
a) Despurinización. Pérdida de purinas por rotura del enlace entre éstas y las desoxirribosas. Se producen a razón de unas 5.000 a 10.000 por día, en cada célula humana.
b) Desaminación. Pérdida de grupos amino en las bases nitrogenadas, que entonces se emparejan con una distinta de la normal. Se producen unas 100 por genoma y día.
c) Dímero de timina. Enlace entre dos timinas contiguas. Generalmente provocado por los rayos ultravioleta de la radiación solar.
· Transposiciones. Son cambios de lugar espontáneos de determinados segmentos de ADN, los denominados elementos genéticos transponibles. Éstos pueden ser menores que un gen (como las llamadas secuencias de inserción), un gen, o un grupo de genes (como los denominados transposones). Las transposiciones pueden producir mutaciones génicas si el elemento genético transpuesto se sitúa dentro de un gen, o mutaciones cromosómicas si pasa a un lugar donde no hay un gen, ya sea dentro del mismo cromosoma o incluso a otro cromosoma.