Mutagenezą. Współczesna genetyka umożliwia mutagenezę ukierunkowaną, realizowaną za pomocą inżynierii genetycznej. Ze względu na mechanizm wyróżnia się trzy główne rodzaje mutacji
Mutacja (łac. mutatio - zmiana), nagła, skokowa, bezkierunkowa, dziedzicząca się zmiana w materiale genetycznym organizmu. Termin po raz pierwszy wprowadzony przez biologa Hugo de Vries`a na przełomie XIX i XX wieku, oznaczający zmianę zapisu informacji genetycznej, pierwotne źródło zmienności genetycznej organizmów.
Mutacja jest zjawiskiem losowym, podlegającym jednak wpływom środowiska (mutageno m- np. chemicznym, promieniowaniu). Częstość mutacji nie jest stała pomiędzy gatunkami (np. wirus HIV mutuje bardzo szybko) i zależy między innymi od doskonałości aparatu powielania DNA i jego naprawy.
Odmienną klasą mutacji są zmiany spowodowane transpozycją (tzw. skaczące geny), gdzie odcinek DNA o długości kilkuset do kilku tysięcy nukleotydów zmienia położenie w obrębie genomu. Tego typu mutacje są bardziej rozpowszechnione u niektórych roślin (np. kukurydza) i zwierząt (np. muszka owocowa).
Odmienną klasą mutacji są zmiany spowodowane transpozycją (tzw. skaczące geny), gdzie odcinek DNA o długości kilkuset do kilku tysięcy nukleotydów zmienia położenie w obrębie genomu. Tego typu mutacje są bardziej rozpowszechnione u niektórych roślin (np. kukurydza) i zwierząt (np. muszka owocowa).
Wprowadzanie mutacji do materiału genetycznego nazywa się mutagenezą. Współczesna genetyka umożliwia mutagenezę ukierunkowaną, realizowaną za pomocą inżynierii genetycznej.
Ze względu na mechanizm wyróżnia się trzy główne rodzaje mutacji:
Ze względu na mechanizm wyróżnia się trzy główne rodzaje mutacji:
mutacje genowe zwane także nukleotydowymi (zmiany na poziomie pojedynczych nukleotydów)
chromosomowe (aberracje chromosomowe)
mutacje genomowe dotyczące zmiany liczby chromosomów
Ze względu na fenotypowy efekt (z punktu widzenia określonej cechy) wyróżnia się:
Ze względu na fenotypowy efekt (z punktu widzenia określonej cechy) wyróżnia się:
niekorzystne - powodują obniżenie zdolności organizmu do przeżycia
obojętne - nie wpływają na organizm
korzystne - pojawia się względnie rzadko. Przykładowo - u owada wskutek takiej mutacji pojawia się inne zabarwienie ochronne, które okazuje się skuteczniejsze w jego miejscu życia
Uwaga: mutacje uważane z jednego punktu widzenia za niekorzystne (w danych warunkach) mogą być dla organizmu obojętne lub korzystne (np. anemia sierpowata).
Mutacja punktowa – zmiana pojedynczego nukleotydu w DNA lub RNA.
Mutacja punktowa – zmiana pojedynczego nukleotydu w DNA lub RNA.
Może być to:
Może być to:
tranzycja,
transwersja,
delecja
insercja (addycja)
Tranzycja - zmiana prawidłowych nukleotydów w DNA na inne w ramach jednej grupy zasad azotowych (puryn lub pirymidyn) - adeniny na guaninę, a cytozyny na tyminę (i na odwrót). Jeden z rodzajów mutacji genowych. Zarówno tranzycja jak i transwersja należą do typu mutacji jakim są substytucje.
Tranzycja - zmiana prawidłowych nukleotydów w DNA na inne w ramach jednej grupy zasad azotowych (puryn lub pirymidyn) - adeniny na guaninę, a cytozyny na tyminę (i na odwrót). Jeden z rodzajów mutacji genowych. Zarówno tranzycja jak i transwersja należą do typu mutacji jakim są substytucje.
Transwersja - mutacja genowa, punktowa zmiana chemiczna w obrębie nici DNA, w której zasada purynowa ulega zamianie na pirymidynową lub odwrotnie. Mutacja taka może nie spowodować żadnej zmiany lub zmianę kodu genetyczego (UUU -> UUA) albo też skróconą syntezę białka (UCG -> UCA).
Delecja - to jeden z typów (najczęściej spontanicznej) mutacji genowej dotyczącej zmiany składu nukleotydowego DNA. Polega na utracie jednej lub kilku par nukleotydów z DNA genowego.
Addycja- dodanie jednego lub kilku par nukleotydów DNA genowego
przesunięcie otwartej ramki odczytu - poprzez insercję lub delecję pojedynczego nukleotydu. Wiąże się to ze zmianą całej sekwencji białka poniżej mutacji, zatem może znacząco wpływać na fenotyp.
przesunięcie otwartej ramki odczytu - poprzez insercję lub delecję pojedynczego nukleotydu. Wiąże się to ze zmianą całej sekwencji białka poniżej mutacji, zatem może znacząco wpływać na fenotyp.
mutacja missens - zmiana pojedynczego nukleotydu w kodonie powoduje zmianę aminokwasu w kodowanym białku. W zależności od położenia aminokwasu mutacja taka może, ale nie musi wpływać na fenotyp.
mutacja nonsens - zmiana pojedynczego nukleotydu w kodonie powoduje, ze trojka kodująca aminokwas zmienia się w jeden z trzech kodonów stop, zatem produkowane białko będzie krótsze, co zwykle wiąże się z jego niefunkcjonalnością.
mutacja nonsens - zmiana pojedynczego nukleotydu w kodonie powoduje, ze trojka kodująca aminokwas zmienia się w jeden z trzech kodonów stop, zatem produkowane białko będzie krótsze, co zwykle wiąże się z jego niefunkcjonalnością.
mutacja cicha - zmiana pojedynczego nukleotydu nie powoduje zmiany aminokwasu w kodowanym białku ze względu na to, że kod genetyczny jest zdegenerowany, czyli jeden aminokwas może być kodowany przez kilka kodonów (np. zmiana CCC na CCU nie powoduje zmiany aminokwasu, gdyż obie trójki kodują prolinę). Wydaje się, że w niektórych przypadkach, jeśli zmiana następuje z kodonu preferowanego na rzadki, może to wpłynąć na szybkość syntezy białka, a to z kolei na szybkość jego zwijania, a zatem na jego strukturę przestrzenną, co może mieć wpływ na fenotyp .
Albinizm (bielactwo) - brak pigmentu w skórze, tworach skórnych, włosach i tęczówce oka(czerwone oczy lub, rzadziej, niebieskawe). Chorzy nie mający pigmentu w skórze, są wrażliwi na działanie promieni słonecznych, mają bardzo jasną skórę, białe włosy, rzęsy i brwi. Dziecko z albinizmem rodzi się różowawe, co jest spowodowane prześwitywaniem naczyń krwionośnych. Tęczówka ich oka jest bezbarwna, przeświecają przez nią naczynia krwionośne, co nadaje oku czerwoną barwę. Albinizm wywołany jest przez brak enzymu tyrozynazy przekształcającego prekursor melaniny w barwnik melaninę. Warunkuje go gen recesywny homozygotyczny. Cechę tę zaliczamy do genetycznych anomalii pigmentacji, która jest niekorzystna dla osobnika. Prócz albinizmu właściwego (uogólnionego) występuje także albinizm lokalny (częściowy). W zasadzie albinizm występuje rzadko, aczkolwiek u niektórych gatunków zwierząt (króliki, tchórze, szczury, świnki morskie, myszy, papugi) stał się cechą charakterystyczną dla niektórych odmian. Polega on na nieregularnie rozłożonych przebarwieniach (gdzie nie ma melaniny) na całym ciele, a najczęściej na czole.
Albinizm (bielactwo) - brak pigmentu w skórze, tworach skórnych, włosach i tęczówce oka(czerwone oczy lub, rzadziej, niebieskawe). Chorzy nie mający pigmentu w skórze, są wrażliwi na działanie promieni słonecznych, mają bardzo jasną skórę, białe włosy, rzęsy i brwi. Dziecko z albinizmem rodzi się różowawe, co jest spowodowane prześwitywaniem naczyń krwionośnych. Tęczówka ich oka jest bezbarwna, przeświecają przez nią naczynia krwionośne, co nadaje oku czerwoną barwę. Albinizm wywołany jest przez brak enzymu tyrozynazy przekształcającego prekursor melaniny w barwnik melaninę. Warunkuje go gen recesywny homozygotyczny. Cechę tę zaliczamy do genetycznych anomalii pigmentacji, która jest niekorzystna dla osobnika. Prócz albinizmu właściwego (uogólnionego) występuje także albinizm lokalny (częściowy). W zasadzie albinizm występuje rzadko, aczkolwiek u niektórych gatunków zwierząt (króliki, tchórze, szczury, świnki morskie, myszy, papugi) stał się cechą charakterystyczną dla niektórych odmian. Polega on na nieregularnie rozłożonych przebarwieniach (gdzie nie ma melaniny) na całym ciele, a najczęściej na czole.
Fenyloketonuria (PKU z ang. PhenylKetonUria) – genetycznie uwarunkowane schorzenie polegające na uszkodzeniu genu kodującego enzym hydroksylazę fenyloalaninową (PAH), biorący udział w metabolizmie fenyloalaniny. Na skutek nadmiaru fenyloalaniny i niedoboru tyrozyny, może dojść do uszkodzenia mózgu, konsekwencją czego jest upośledzenie umysłowe, hipotonia mięśniowa, drgawki. Do obrazu chorobowego dołącza charakterystyczny "mysi" zapach, jasna karnacja skóry, niebieskie zabarwienie tęczówek oraz częste występowanie wysypek. Takie objawy występują TYLKO przy NIELECZONEJ fenyloketonurii. Powszechne wykonanie w trzecim dniu po urodzeniu testu Guthriego wyklucza albo potwierdza wystąpienie u dziecka PKU. Choremu dziecku w ciągu 2 tygodni od urodzenia wprowadza się dietę niskofenyloalaninową (niskobiałkową z dużą ilością tyrozyny), która powoduje wyeliminowanie szkodliwego wpływu fenyloalaniny na mózg. Gdy jest przestrzegana, dziecko nie będzie się niczym różniło od swoich rówieśników.
Fenyloketonuria (PKU z ang. PhenylKetonUria) – genetycznie uwarunkowane schorzenie polegające na uszkodzeniu genu kodującego enzym hydroksylazę fenyloalaninową (PAH), biorący udział w metabolizmie fenyloalaniny. Na skutek nadmiaru fenyloalaniny i niedoboru tyrozyny, może dojść do uszkodzenia mózgu, konsekwencją czego jest upośledzenie umysłowe, hipotonia mięśniowa, drgawki. Do obrazu chorobowego dołącza charakterystyczny "mysi" zapach, jasna karnacja skóry, niebieskie zabarwienie tęczówek oraz częste występowanie wysypek. Takie objawy występują TYLKO przy NIELECZONEJ fenyloketonurii. Powszechne wykonanie w trzecim dniu po urodzeniu testu Guthriego wyklucza albo potwierdza wystąpienie u dziecka PKU. Choremu dziecku w ciągu 2 tygodni od urodzenia wprowadza się dietę niskofenyloalaninową (niskobiałkową z dużą ilością tyrozyny), która powoduje wyeliminowanie szkodliwego wpływu fenyloalaniny na mózg. Gdy jest przestrzegana, dziecko nie będzie się niczym różniło od swoich rówieśników.
Anemia sierpowata to rodzaj wrodzonej anemii (niedokrwistości) polegającej na wadzie budowy hemoglobiny. Mutacja punktowa w genie β-globiny powoduje zmianę pojedynczego aminokwasu w sekwencji białka (z kwasu glutaminowego na walinę). Hemoglobinę z taką mutacją określa się jako hemoglobinę S (HbS) w przeciwieństwie do normalnej hemoglobiny A (HbA) u dorosłych. Choroba dziedziczy się w sposób autosomalny (nie jest sprzężona z płcią i częściowo recesywny - nosiciele tylko jednej kopii wadliwego genu (heterozygoty) zwykle nie mają objawów klinicznych, choć ich erytrocyty zawierają ok. 40% HbS. Heterozygoty są również w dużym stopniu odporne na malarię. Zjawisko takie nazywa się przewagą heterozygot lub naddominacją. Naddominacja powoduje, że na terenach występowania malarii mutacja powodująca anemię sierpowatą utrzymuje się w populacji.
Anemia sierpowata to rodzaj wrodzonej anemii (niedokrwistości) polegającej na wadzie budowy hemoglobiny. Mutacja punktowa w genie β-globiny powoduje zmianę pojedynczego aminokwasu w sekwencji białka (z kwasu glutaminowego na walinę). Hemoglobinę z taką mutacją określa się jako hemoglobinę S (HbS) w przeciwieństwie do normalnej hemoglobiny A (HbA) u dorosłych. Choroba dziedziczy się w sposób autosomalny (nie jest sprzężona z płcią i częściowo recesywny - nosiciele tylko jednej kopii wadliwego genu (heterozygoty) zwykle nie mają objawów klinicznych, choć ich erytrocyty zawierają ok. 40% HbS. Heterozygoty są również w dużym stopniu odporne na malarię. Zjawisko takie nazywa się przewagą heterozygot lub naddominacją. Naddominacja powoduje, że na terenach występowania malarii mutacja powodująca anemię sierpowatą utrzymuje się w populacji.
Hemofilia (inaczej zwana "krwawiączką" czy też "chorobą królów") - grupa chorób spowodowanych genetycznie uwarunkowanym niedoborem czynnika krzepnięcia.
Hemofilia (inaczej zwana "krwawiączką" czy też "chorobą królów") - grupa chorób spowodowanych genetycznie uwarunkowanym niedoborem czynnika krzepnięcia.
Hemofilia objawia się występowaniem krwotoku, nawet po nieznacznych urazach (np. usunięcie zęba) lub skaleczeniach, wylewami i krwawieniami dostawowymi oraz do tkanek miękkich. Wylewy dostawowe prowadzą do przykurczów i zniekształceń stawów.
U chorych na hemofilię krwawienie może pojawić się w każdym miejscu ciała. Czasem jest ono widoczne na zewnątrz, a czasem nie. Do krwawienia może dojść w wyniku urazu lub zabiegu chirurgicznego. Czasem trudno jest znaleźć jego uchwytną przyczynę.
Mutacja chromosomowainaczej aberracja chromosomowa to zmiana liczby (aneuploidia) lub struktury chromosomów. Mutacje takie mogą zachodzić spontanicznie lub pod wpływem czynników mutagenicznych (np. promieniowanie jonizujące, promieniowanie ultrafioletowe, wysoka temperatura).
Mutacja chromosomowa inaczej aberracja chromosomowa to zmiana liczby (aneuploidia) lub struktury chromosomów. Mutacje takie mogą zachodzić spontanicznie lub pod wpływem czynników mutagenicznych (np. promieniowanie jonizujące, promieniowanie ultrafioletowe, wysoka temperatura).
Aneuploidia jest skutkiem wadliwej segregacji chromosomów podczas podziału komórki.
Aneuploidia jest skutkiem wadliwej segregacji chromosomów podczas podziału komórki.
U człowieka na poziomie całego organizmu (tzn. prawie każda jądrzasta komórka organizmu winna zawierać ową zmianę) zdecydowana większość mutacji liczby chromosomów autosomalnych jest letalna. Wyjątki to:
zespół Downa - trisomia 21
zespół Downa - trisomia 21
zespół Edwardsa - trisomia 18
zespół Pataua - trisomia 13
zespół Warkany'ego 2 - trisomia 8
trisomia 9
(dawniej nazywany mongolizmem) - najbardziej rozpowszechniona wada genotypu człowieka, która spowodowana jest trisomią (obecnością dodatkowego trzeciego chromosomu) chromosomu 21. Przyczyną tej aberracji chromosomowej jest nondysjunkcja, czyli niepoprawne rozdzielenie się chromosomów podczas podziału mejotycznego. W 95% przypadków dodatkowy chromosom występuje we wszystkich komórkach organizmu (tzw. trisomia prosta), w 4% dodatkowy chromosom 21 lub jego fragment zostaje przesunięty do innej części genotypu (tzw. trisomia translokacyjna).
(dawniej nazywany mongolizmem) - najbardziej rozpowszechniona wada genotypu człowieka, która spowodowana jest trisomią (obecnością dodatkowego trzeciego chromosomu) chromosomu 21. Przyczyną tej aberracji chromosomowej jest nondysjunkcja, czyli niepoprawne rozdzielenie się chromosomów podczas podziału mejotycznego. W 95% przypadków dodatkowy chromosom występuje we wszystkich komórkach organizmu (tzw. trisomia prosta), w 4% dodatkowy chromosom 21 lub jego fragment zostaje przesunięty do innej części genotypu (tzw. trisomia translokacyjna).
drobne, skośnie, szeroko rozstawione szpary powiekowe (hiperteloryzm oczny)
zmarszczka nakątna
nisko osadzone, małe małżowiny uszne
mikrognacja i zwiazana z nią rzekoma makroglosja (język nie mieści się w
bruzdy na języku tzw. język mosznowy
bruzdy na języku tzw. język mosznowy
wąskie usta
krótka szyja.
U noworodków z zespołem Downa występuje również wiotkość mięśni spowodowana słabym ich naprężeniem. Waga i wzrost przeciętna przy urodzeniu, jednak potem następuje spowolnienie rozwoju fizycznego (wady serca, wzroku i zaburzenia słuchu). W starszym wieku osoby z zespołem Downa są bardziej podatne na chorobę Alzheimera. Osoby z zespołem Downa mogą dożyć nawet 60 lat.
Zespół Edwardsa (ang. Edwards' syndrome, trisomy 18) jest to trisomi chromosomu 18 (47,XX,+18/47,XY,+18). Częstość występowania zespołu szacowana jest na 1:8.000 urodzeń . Przyczyną jest nondysjunkcja w I lub II podziale mejotycznym; nierzadko spotyka się mozaicyzm.
Zespół Pataua – trisomia chromosomu 13 (47,XX,+13/47,XY,+13) Częstość występowania wynosi od 1:5000 do 1:15000.
Spowodowany jest nierozejściem się chromosomów podczas I lub II podziału mejotycznego u któregoś z rodziców (opóźnione rozchodzenie się chromosomów w anafazie). W efekcie ilość DNA w tej aberracji jest o 3,6% większa niż w prawidłowym kariotypie
holoprozencefalia, często cieżkiego stopnia ( z cyklopią).
Zespół Warkany'ego 2, trisomia 8 (ang. Warkany syndrome 2) - aberracja chromosomowa polegająca na trisomii 8 chromosomu. Całkowita trisomia 8 chromosomu jest stanem letalnym, natomiast mozaicyzm 46,XY/47,8 lub 46,XX/47,8 objawia się jako ciężki zespół z opóźnieniem psychoruchowym i licznymi wadami wrodzonymi. Ciężkość objawów i przebiegu zależą od liczby komórek z trisomią. Nazwa zespołu upamiętnia amerykańskiego genetyka i pediatrę austriackiego pochodzenia, Josefa Warkany'ego (1902-1992) z Cincinnati.
Zespół Warkany'ego 2, trisomia 8 (ang. Warkany syndrome 2) - aberracja chromosomowa polegająca na trisomii 8 chromosomu. Całkowita trisomia 8 chromosomu jest stanem letalnym, natomiast mozaicyzm 46,XY/47,8 lub 46,XX/47,8 objawia się jako ciężki zespół z opóźnieniem psychoruchowym i licznymi wadami wrodzonymi. Ciężkość objawów i przebiegu zależą od liczby komórek z trisomią. Nazwa zespołu upamiętnia amerykańskiego genetyka i pediatrę austriackiego pochodzenia, Josefa Warkany'ego (1902-1992) z Cincinnati.
utracie lub występowaniu dodatkowych pojedynczych chromosomów — wskutek zaburzeń rozdziału chromosomów w mitozie bądź mejozie
utracie lub występowaniu dodatkowych pojedynczych chromosomów — wskutek zaburzeń rozdziału chromosomów w mitozie bądź mejozie
zwielokrotnieniu całego genomu — w wyniku zniesienia rozdziału wszystkich chromosomów (poliploidalność)
aneuploidia - zwiększenie lub zmniejszenie liczby chromosomów
aneuploidia - zwiększenie lub zmniejszenie liczby chromosomów
euploidia
monoploidia
diploidia
poliploidia
autopoliploidia - zwiększenie liczby chromosomów tego samego gatunku
allopoliploidia - zwiększenie liczby chromosomów należących do dwóch różnych gatunków
