Czym są mutacje genetyczne i jakie są ich skutki?

Mutacje genetyczne to termin medyczny, który coraz częściej słyszymy z ust wielu lekarzy. Jest to uzasadnione, ponieważ udowodniono, że są one przyczyną rozwoju wielu chorób o podłożu genetycznym. Zrozumienie mechanizmów powstawania mutacji genetycznych pozwala na dokładniejsze poznanie mechanizmów biologicznych komórki nowotworowej, a co za tym idzie, nadzieję na opracowanie skutecznego leczenia. Mutacje genetyczne leżą też u podstaw chorób wrodzonych, które mogą zostać odziedziczone od rodziców. O tym, czym dokładnie są mutacje genetyczne, jakie są ich rodzaje i skutki kliniczne przeczytasz w poniższym artykule. Dowiesz się również, jakie są przyczyny powstawania mutacji genetycznych oraz jakie choroby powstają na skutek tych nieprawidłowości w genomie.

Czym są mutacje genetyczne?

Mutacje genetyczne to nic innego jak nagła i losowa zmiana w sekwencji materiału genetycznego. Wyróżnia się mutacje genowe (obejmują pojedyncze geny) oraz chromosomowe (obejmują fragmenty chromosomów lub całe chromosomy). Mutacje genowe prowadzą do zmian w strukturze białek, które kodują, wpływając na funkcjonowanie całego organizmu. 

Mutacje genetyczne mogą oddziaływać na organizm w sposób:

• korzystny – pomagając aklimatyzować się do zmiennych warunków środowiskowych;
• niekorzystny – wywołując choroby genetyczne, powodując śmierć na wczesnych etapach rozwojowych (mutacje letalne) lub rozwój chorób skracających długość życia (mutacje subletalne);
• obojętny – nie wywierają znaczącego wpływu na kondycję organizmu.

Mówiąc o mutacjach genetycznych, nie sposób nie wspomnieć również o tym, że są one czynnikiem odpowiedzialnym za różnorodność organizmów i ich zmienność. To także motor napędowy ewolucji.

W jakich komórkach powstają mutacje genetyczne?

Mutacje genetyczne mogą pojawiać się w każdej komórce organizmu. 

Ze względu na rodzaj komórek, w których powstają mutacje genetyczne, dzielimy je na:

• germinalne – obecne są one w każdej komórce organizmu, także w komórkach rozrodczych. Należą one do zmian dziedzicznych i leżą u podstaw chorób dziedzicznych o podłożu genetycznym;
• somatyczne – dotyczą one każdej komórki organizmu z wyjątkiem komórek rozrodczych. To właśnie one uznawane są za przyczynę rozwoju nowotworów. Nie są jednak dziedziczone z pokolenia na pokolenie.

Jakie są rodzaje mutacji genetycznych?

Mutacje genetyczne mogą dotyczyć pojedynczych genów. Mówimy wtedy o mutacjach genowych, wśród których wymieniamy:

• substytucję – zamiana pojedynczego nukleotydu („cegiełki” budującej materiał genetyczny) na inny;
• delecję – utrata nukleotydu;
• insercję – wstawienie dodatkowego nukleotydu.

Skutkiem mutacji genowych może być powstanie nowej wersji genu. To z kolei może wpłynąć na aktywność białka, które on koduje. Produkt białkowy może mieć zupełnie inną aktywność, która wpływa niekiedy negatywnie na funkcjonowanie organizmu.

Mutacje genetyczne, polegające na zmianie ilości lub struktury chromosomów w komórce, zwane są aberracjami chromosomowymi.

Wśród strukturalnych aberracji chromosomowych wyróżnić możemy:

• delecję, czyli utratę fragmentu chromosomu wraz ze zlokalizowanymi w tym fragmencie genami;
• duplikację, która polega na obecności dodatkowej kopii określonego fragmentu chromosomu;
• inwersję, polegającą na obróceniu materiału genetycznego;
• translokację, czyli przeniesienie fragmentu chromosomu na inny. 

O liczbowych aberracjach mówimy wtedy, kiedy mamy do czynienia z obecnością dodatkowego lub brakiem całego chromosomu. 

Każda z opisanych rodzajów mutacji genowych to zmiana w sekwencji DNA. Nie każda jednak niesie za sobą skutki kliniczne w postaci choroby. 

Jakie są przyczyny powstawania mutacji genetycznych?

Mutacje genetyczne są efektem działania różnych czynników, które mogą zakłócać stabilność DNA. Wśród nich wymieniamy:

• zanieczyszczenie środowiska,
• promieniowanie rentgenowskie,
• szkodliwe substancje fizyczne i chemiczne w miejscu pracy,
• niektóre infekcje wirusowe i bakteryjne,
• substancje mutagenne takie jak niektóre barwniki i konserwanty w żywności,
• używki,
• niektóre leki.

Źródłem mutacji genetycznych są też błędy replikacyjne powstające podczas podziałów komórkowych. Niektóre z mutacji są dziedziczone. Osoby, u których one występują, charakteryzują się większą predyspozycją do rozwoju określonych rodzajów chorób.

Jakie są skutki mutacji genetycznych?

Mutacje genetyczne wpływają na komórkę na poziomie molekularnym. Skutki mutacji mogą być widoczne w postaci zarówno subtelnych różnic w funkcjonowaniu komórki, jak i ciężkich chorób genetycznych. Mutacje genowe mogą wpłynąć na strukturę powstającego białka, jego ukształtowanie, aktywność i funkcje biologiczne. W bardzo wielu przypadkach mutacje genowe uniemożliwiają powstawanie białka, co skutkuje poważnymi zaburzeniami w organizmie.

Jakie choroby leżą u podstaw mutacji genetycznych?

Mutacje genowe są bezpośrednią przyczyną powstawania bardzo wielu chorób genetycznych. 

Te, które mają znaczący wpływ na rozwój chorób, to:

• mutacje genów CFTR wywołującego mukowiscydozę – groźną chorobę, która wpływa na układ oddechowy i trawienny;
• mutacje genów BRCA1 i BRCA2 – kojarzone m.in. z nowotworami genetycznymi piersi i jajników;
• mutacje genu TP53 – wiązane ze zwiększoną predyspozycją do rozwoju nowotworów i z ciężkim ich przebiegiem;
• mutacje genu FTO wiązane ze zwiększoną predyspozycją do rozwoju otyłości, cukrzycy i innych chorób metabolicznych.

W bardzo wielu przypadkach uszkodzenie materiału genetycznego u płodu skutkuje jego obumarciem lub urodzeniem się dziecka z zespołem wad wrodzonych. 

Do zespołów wad wrodzonych wywołanych trisomiami chromosomów należy między innymi zespoły: Patau’a związany z trisomią chromosomu 13, Edwardsa – chromosomu 18 i Downa – chromosomu 21.

Jak wykryć mutacje genetyczne?

Mutacje genowe wykrywane są z wykorzystaniem technik biologii molekularnej, wśród których wymieniamy między innymi:

• reakcję łańcuchową polimerazy (PCR),
• sekwencjonowanie DNA,
• techniki mikromacierzy.

Aberracje chromosomowe to rodzaj zmian, które mogą być wykryte technikami cytogenetyki klasycznej, czyli za pomocą badania kariotypu.

Autor: Marta Szarawarska

Weryfikacja merytoryczna: lek. Agnieszka Żędzian