Af hverju verða stökkbreytingar?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Af hverju verða stökkbreytingar?
Hér er einnig svar við spurningunni:

Eru stökkbreytingar hagstæðar eða óhagstæðar?

Stökkbreytingar eru í víðasta skilningi allar arfgengar breytingar á erfðaefni lífvera. Þær eru gjarnan flokkaðar í tvo meginflokka. Annars vegar genabreytingar sem eru breytingar á einstökum genum og hins vegar litningabreytingar sem geta verið úrfellingar eða tvöfaldanir gena, umsnúningar litningshluta, yfirfærslur litningshluta á milli ósamstæðra litninga eða breytingar á litningafjölda.

Genabreytingar sem snerta aðeins eitt kirni í DNA-gormi eða -helix eru kallaðar punktbreytingar. Slíkra breytinga sér víða merki í erfðaefni lífvera. Menn eru til dæmis arfblendnir um fjöldann allan af slíkum breytingum. Punktbreytingar geta valdið skiptum á amínósýrum í prótínum, haft áhrif á virkni þeirra eða jafnvel gert þau alveg óvirk.

Orsakir litningabreytinga má oft rekja til mistaka við frumuskiptingu. Úrfelling á litningsbút eða tvöföldun búts getur orsakast af óreglulegum litningavíxlum við rýriskiptingu og hið sama getur átt við um umsnúning litningshluta eða yfirfærslu erfðaefnis milli ósamstæðra litninga (sjá Hvað getið þið sagt mér um litningavíxl? eftir sama höfund). Tap á einstökum litningum og aukaeintök litninga má rekja til mistaka við dreifingu litninga þegar frumur skipta sér. Tvöföldun litningamengja er einnig af þeim völdum.

Mun erfiðara er að gera grein fyrir orsökum breytinga á einstökum genum, sérstaklega punktbreytinga. Ýmislegt bendir til þess að orsakirnar geti verið margvíslegar. Áður en nánar er hugað að hugsanlegum orsökum er rétt að minna á að punktbreyting er langt frá því að vera algengur atburður í erfðaefninu. Slíkar breytingar geta orðið við eftirmyndun DNA-sameinda en talið er að í erfðaefni dýra og plantna verði þær varla oftar en við þúsund milljónasta hvert kirni sem bætt er við DNA-helix litnings. Eftirmyndunarkerfið er því firna nákvæmt. Hins vegar má hafa í huga að í erfðamengi mannsins eru um þrjú þúsund milljón kirni svo að hætt er við að það verði ekki eftirmyndað alveg villulaust. Þrátt fyrir nákvæmnina er óhjákvæmilegt að punktbreytingar verði og safnist í tímans rás fyrir í erfðaefni tegundar.

Tvennt skal nefnt sem stuðlar að nákvæmni DNA-eftirmyndunar. Fyrst er það hæfileiki eftirmyndunarensímsins (DNA-polymerasa) til þess að leiðrétta mistök sem það hefur verið í þann veginn að gera. Sé það búið að bæta við DNA-þátt kirni sem ekki parast rétt, til dæmis A (í stað C) á móti G í þættinum sem verið er að eftirmynda, þá getur það sem snarast kippt ranga kirninu út og sett það rétta, C, í staðinn. Þessi „prófarkalestur“ ensímsins eykur mjög á nákvæmni eftirmyndunarinnar. En hafi prentvillupúkinn leikið á prófarkalesarann geta sértæk viðgerðarensím komið til sögunnar, greint mispöruð kirni í nýmynduðum DNA-helix og fært til betri vegar. Þrátt fyrir þessar tvöföldu varúðarráðstafanir sleppa örfáar villur í gegn eins og áður sagði.

Punktbreytingar má líka rekja til ýmiss konar umbreytinga sem orðið geta á niturbösum erfðaefnisins og valdið truflunum á pörun þeirra þegar erfðaefnið er eftirmyndað. Til dæmis geta amínóhópar tapast af bösunum eða þeir orðið fyrir oxunarskemmdum. Almennt má segja að allar umbreytingar sem áhrif hafa á pörunareiginleika niturbasanna séu líklegar til að valda stökkbreytingum.

Ýmis efni eru þekkt sem auka á tíðni punktbreytinga og hafa flest þeirra einmitt áhrif á basapörunina. Sum þeirra líkja eftir náttúrlegum niturbösum, tengjast inn í DNA-ið en parast óreglulega. Einnig má auka tíðni punktbreytinga með því að geisla frumur með útfjólubláu ljósi eða röntgengeislun. En skýringar á áhrifum geislunarinnar eru flóknari.

Ljóst er að DNA í lifandi frumum verður fyrir ýmiss konar hnjaski og skemmdum. Því er brýnt fyrir frumurnar að bregðast til varnar. Allar lífverur búa yfir fjölbreytilegum ensímkerfum sem sjá um viðgerðir á DNA-sameindum. Þau leita til dæmis uppi misparanir í DNA-helixum og ákveðnar umbreytingar á niturbösunum og gera við þær. Þannig er áhrifum óhjákvæmilegra skemmda haldið í lágmarki og jafnframt tíðni stökkbreytinga. Án viðgerðarkerfanna væri tíðni stökkbreytinga hærri en lífverur fengju við ráðið.

Það fer ekki á milli mála að flestar stökkbreytingar á erfðaefninu eru til skaða og á það bæði við um litningabreytingar og genabreytingar. Til eru þó breytingar sem eru til gagns, til dæmis með því að breyta prótínum þannig að þau starfi betur en áður við tilteknar aðstæður. Slíkar stökkbreytingar kunna að festast með tegundinni fyrir náttúrlegt val. Stökkbreytingar eru í raun uppspretta þess breytileika sem náttúruval vinnur úr. Þegar til lengdar lætur er það því lífverunum í hag að kerfi eftirmyndunar og viðgerðar eru ekki fullkomin.

Tvílitna lífverur, sem hafa tvö eintök af öllum genum tegundar, geta varðveitt með sér mikinn fjölbreytileika gena. Fjölbreytileikinn eykur á sveigjanleika þeirra og eflir hæfileikann til þess að bregðast við breyttum lífsskilyrðum. Stökkbreytingar sem eru hlutlausar eða jafnvel til baga í ákveðnu umhverfi kunna að vera hið mesta þarfaþing við önnur skilyrði. Fjölbreytileiki erfðaefnis sem rekja má til stökkbreytinga er því hverri tegund verðmætur. Þannig er lífverum eðlislægt að nýta mistök sín sjálfum sér og stofninum til framdráttar.

Mynd:

• File:DNA methylation.jpg - Wikimedia Commons. (Sótt 17.03.2016).

...