mutasjon

mutasjon (åtte bananfluer) (bilde)

mutasjon. (til mutere), forandring i en organismes arvestoff. Det forandrede individet betegnes mutant. Mutasjon danner grunnlaget for den arvelige variasjon som de andre evolusjonskreftene (seleksjon, migrasjon og tilfeldigheter) virker på, og er forutsetningen for all biologisk evolusjon. De fleste mutasjoner – men slett ikke alle – fører til egenskaper som er skadelige for individet. Letale mutasjoner (el. subletale) har dødelig virkning. I husdyravl og vekstforedling er mange mutanter tatt vare på og utnyttet. Studiet av mutanter er grunnleggende for genetikken. Se også human genetikk.

Man skjelner mellom to hovedtyper av mutasjon: genmutasjon og kromosommutasjon.

Genmutasjon

Genmutasjon, eller punktmutasjon, er en forandring av et enkelt gen (arveanlegg). Et gen består av en del av et deoksyribonukleinsyre-molekyl (DNA). Den genetiske informasjonen bestemmes av rekkefølgen av nitrogenholdige baser i DNA etter et system, den genetiske kode. Den minste mutasjonen består i en utbytting av en nitrogenbase med en annen. Større genmutasjoner er duplikasjoner eller tap (delesjon) av et molekylavsnitt eller andre forandringer av rekkefølgen av basene over et lengre avsnitt (inversjon el. translokasjon).

Genmutasjon kan føre til at det opptrer helt nye egenskaper hos en organisme. Men mange mutasjoner kommer ikke til uttrykk bl.a. fordi den genetiske kode er degenerert (flere kodoner betyr samme aminosyre).

De forskjellige utgaver av et gen som oppstår ved mutasjon, kaller vi alleler. Vi har f.eks. allelene I^A, I^B og I^O, som kontrollerer blodtypene A, B og O. Mutasjon kan foregå fra ett allel til et annet eller i motsatt retning (tilbakemutasjon), men mutasjonsfrekvensene kan være forskjellige.

Selv om mutante alleler har skadelige virkninger, kan de likevel oppnå å få en viss utbredelse blant organismene. En lang rekke arvelig betingede sykdommer hos mennesket skyldes muterte arveanlegg. Vi kan regne at hver enkelt av oss bærer i gjennomsnitt fire til fem forskjellige skadelige recessive gener i våre kromosomer (eg. letale ekvivalenter, dvs. et recessivt letalgen el. en genkombinasjon med letal virkning). For eksempel er omtrent hvert 60. menneske i Norge bærer av et gen for Føllings sykdom (fenylketonuri). Men fordi genet er recessivt, må man ha to utgaver av genet for å få sykdommen.

Kromosommutasjon

Kromosommutasjoner, eller kromosomaberrasjoner, er forandringer i kromosomenes antall eller struktur. Numeriske kromosommutasjoner kan bestå i en økning i antall kromosomsett (polyploidi). Den diploide spinatplanten har 12 kromosomer (haploid tall 6), mens den tetraploide, som har større og grovere blad, har 24 kromosomer. Vanlig, diploid osp har 38 kromosomer, mens den triploide kjempeospen har 57 kromosomer. I evolusjonen av mange plantearter har kromosomfordoblinger spilt en viktig rolle, og kunstig polyploidisering (bl.a. ved hjelp av et stoff, colchicin) er utnyttet i planteforedling. Polyploide planter kan være større enn sine diploide slektninger. Dersom bare enkelte kromosomer opptrer i avvikende antall, har vi aneuploidi, f.eks. monosomi (et kromosom mangler), eller trisomi (et kromosom for meget).

Strukturelle kromosommutasjoner kan oppstå ved kromosombrudd. De kan bestå i tap (delesjon) eller duplikasjon av et kromosomavsnitt, i at et kromosomstykke blir snudd (inversjon), flytting av et kromosomstykke innenfor samme kromosom eller utbytting av deler mellom ulike kromosomer (translokasjon).

Også kromosommutasjon kan føre til en forandring i individets egenskaper. De omfatter alltid et stort antall gener. Kromosommutasjon forandrer ikke arvestoffets kvalitet, bare kvantiteten. Omkring 5 % av alle påbegynte svangerskap hos mennesket har en kromosommutasjon (4,5 % ender som spontane aborter, 0,6 % blir født med kromosomavvik, f.eks. Downs syndrom). Ca. halvparten av alle spontane aborter skyldes en kromosommutasjon.

Forekomst

Mutasjon foregår i alle celler. Men genene er meget stabile, og mutasjoner er sjeldne begivenheter. Mutasjonsfrekvensen for en del gener hos forskjellige organismer fremgår av oppstillingen. Tallene for mutasjonsfrekvens hos mennesket er sikkert lavere for de fleste gener. Det er de høyeste frekvensene som er lettest å påvise og som derfor først er blitt målt. Frekvenser på én av én million kjønnsceller eller lavere er antagelig de vanligste. Mutasjonsfrekvenser for recessive mutasjoner hos mennesket kan bare beregnes indirekte, hvilket gir meget usikre tall. Mutasjonsfrekvensen er ikke den samme for alle gener, men man regner allikevel mutasjoner for å være tilfeldige hendelser. Det er fordi mutasjonene oppstår helt uavhengig av hvilken effekt de har på organismen – hvor fordelaktige de vil være.

Skjer en mutasjon i celler som senere er med på å danne kjønnsceller (el. sporer), vil mutasjon også forekomme i neste individgenerasjon (kimbane-mutasjon). Mutasjon i kroppsceller (somatisk mutasjon) vil bare få betydning for det enkelte individ. Mutasjonsteorien for kreft sier at ondartede svulster skyldes somatisk mutasjon. Mange mener også at alderdomsdefekter i en organisme kan skyldes somatisk mutasjon.

Spontan mutasjon foregår hos alle organismer. Men det er også mulig å fremkalle mutasjoner (induserte mutasjoner) ved visse midler (mutagener): ioniserende og ultrafiolett stråling, mange kjemiske stoffer og dessuten varme.

Alle organismer utsettes i vår tid for et miljø med en økende mutagen virkning: økt bruk av medikamenter, giftstoffer i landbruk og industri, produksjon og behandling av næringsmidler, økt bruk av ioniserende og annen stråling. Denne endringen i vårt miljø vil øke utbredelsen av arvelig betinget sykdom og annen sykdom som kan skyldes mutasjoner i kroppens celler (kreft, hjerte-kar-sykdom). Av disse mutasjonsbelastningene er ioniserende stråling den vi har best mål for, og derfor har man forsøkt å beregne hvor stor stråledose som skal til for å fordoble den spontane mutasjonsfrekvensen. Generelt kan bare angis en viss størrelsesorden, fordi frekvensen vil avhenge av om strålingsdosen gis over lang eller kort tid og hvilke celler som mottar dosen (kimceller, utviklingsstadier eller modne egg eller spermier). Doblingsdosen for mennesket er beregnet til 1,7–2,2 Sv (sievert). Den naturlige bakgrunnsstrålingen gir 0,03–0,04 Gy (gray) over 30 år, som er den generasjonstid arvelighetsforskere bruker i sine beregninger.

Historikk

Teorien om mutasjoner førte til oppklaring om et motsetningsforhold mellom darwinistisk utviklingslære og mendelsk genetikk. C. Darwins idé om utvikling (evolusjon) bygde på at plante- og dyreartene kunne forandre seg fra generasjon til generasjon. Mendels arveregler uttrykte derimot at arvefaktorene er uforandret ned gjennom generasjonene. Løsningen på dette dilemmaet brakte Hugo de Vries (1901) med sin mutasjonsteori. Han studerte mutanter av nattlys (Oenothera). Mutasjonsteorien ble særlig støttet ved T. H. Morgan og hans medarbeideres utforskning av bananfluer. I 1926 oppdaget H. J. Muller at røntgenstråler kan indusere mutasjon. Kjemiske stoffers mutagene virkning ble oppdaget av C. Auerbach og F. Oehlkers 1943. Da man ble klar over arvestoffets natur og funksjon, ble det også klart at mutasjon måtte bety en forandring i basesammensetningen i DNA-molekylet.

Genetikk er studiet av variasjon i organismenes egenskaper. Ved mutasjon kan man øke variasjonen i meget betydelig grad. Mutasjonsforskning har derfor gitt vesentlige bidrag til genetikkens utvikling, spesielt molekylær genetikk.

Mutasjonsforskningen arbeider i dag også med å avsløre mutagener, bl.a. med sikte på å beskytte mennesket så vel som andre organismer mot påvirkning fra mutagener i miljøet. En egen forening er opprettet med dette formål, European Environmental Mutagen Society.

Mutasjon

Frekvens av spontane mutasjoner hos forskjellige organismer

Frekvens av spontane mutasjoner hos mennesket

mutasjon (SML-artikkel)