Mutaciones Biológicas BIOL.

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Biología

La palabra mutación fue introducida por De Vries (v.) en 1901, el cual aplicó este término a los cambios hereditarios espontáneos observados en Oenothera lamarckiana.

Se puede definir la m. como cualquier cambio en el material genético, heredable y detectable, no atribuible a segregación o recombinación que se trasmite a las células hijas e incluso a la siguiente generación, dando lugar a células o individuos mutantes. La tendencia actual es restringir el uso del término m. a los procesos que resultan de una alteración directa del contenido del gen sin relación con cambios cromosómicos observables, llamándose entonces mutación génica o puntual, en oposición con los términos mutación cromosómica, consecuencia de cambios cromosómicos estructurales y mutación genómica, que resulta de variaciones en el número de cromosomas.

Mutaciones cromosómicas. Los cambios que afectan a la estructura de los cromosomas responden a los siguientes tipos:Deleción. Consiste en la pérdida de alguna parte del cromosoma (de una secuencia de genes), la ausencia del producto final de estos genes puede alterar grandemente el fenotipo del individuo o ser letal. Se ha descrito en el hombre una deleción, parece ser que del cromosoma 5, que causa diversos síntomas, incluyendo un marcado retraso mental; los niños afectados tienen un llanto característico semejante a un maullido; por esto, este síndrome es conocido con el nombre de cri du chat.

Duplicación. Es la repetición de una parte más o menos grande del cromosoma. Las duplicaciones son un importante fenómeno evolutivo, ya que proporcionan posibilidades adicionales de que nuevas m. sean incorporadas por las especies, puesto que la presencia de dos genes para el mismo carácter permite a uno de ellos mutar en una nueva dirección sin perjuicio del organismo. Los diferentes tipos de hemoglobina humana han aparecido como consecuencia de duplicaciones génicas.

Inversión. Supone cambios en la secuencia de los genes de un cromosoma. Su efecto más importante se manifiesta en la meiosis (v.), interfiriendo en el apareamiento cromosómico y como consecuencia se producen gametos inviables. No hay evidencia de que esta modificación se traduzca en una enfermedad.

Traslocación. Resulta del cambio de la posición de un segmento cromosómico a otra parte del mismo cromosoma o de diferente cromosoma. Se sabe que las traslocaciones están asociadas con ciertos efectos fenotípicos en el hombre; existe un tipo de mongolismo (Síndrome de Down) originado por una traslocación.

Mutaciones genómicas. Reciben este nombre los cambios que afectan al número de cromosomas de un individuo. Estos cambios pueden ser por defecto, como es la monosomía, en la que se pierde uno de los dos cromosomas de una pareja; un ejemplo es el síndrome de Turner en el hombre: individuos que sólo presentan un cromosoma X y se desarrollan como hembras estériles manifestando disgénesis gonadal femenina. Un cambio por exceso es, p. ej., la trisomía, en la que un cromosoma está en triple dosis; es el caso de uno de los tipos de mongolismo o síndrome de Down en el hombre, originado por la presencia de tres cromosomas 21.

Las m. que afectan al juego completo de cromosomas, es decir, las que inducen poliploidia, son muy comunes en las plantas y relativamente raras en los animales, posiblemente porque producen un gran desequilibrio psicológico y sexual y son, por tanto, eliminadas. Hasta el momento se han descrito en la especie humana tres casos de triploidia (tres dotaciones completas de cromosomas) en niños que murieron a las pocas horas de su nacimiento.

Mutaciones génicas o puntuales. Según la Genética clásica se pueden definir como un cambio en el gen que no supone pérdida de material hereditario. El primer problema para el estudio de estas m. es detectar los cambiosgénicos que han ocurrido; como no existe todavía un método para observar y comparar directamente los genes, algunas alteraciones en el fenotipo del individuo se deben asociar con cambios génicos. Mediante la comparación de los estados alternativos de los genes, el genetista es capaz de conocer la estructura y función de éstos; en realidad, un gen inmutable es un gen no detectable.

La m. puede ocurrir en cualquier momento del ciclo vital del individuo; si se da en una célula somática, todas las células descendientes de ésta la llevarán, pero la m. muere con el individuo. Si la m. ocurre en una o más células germinales, que tienen capacidad de reproducir un organismo completo, puede ocurrir que algún descendiente del individuo lleve el gen mutado, con lo cual se perpetúa la m., aunque puede manifestarse o no en el fenotipo, dependiendo de que el gen mutara a forma dominante o a forma recesiva, siendo esta última la más frecuente. Por tanto, cuando en una población aparece una m. recesiva no se puede precisar el momento en que ha ocurrido, pero si la m. ha sido a forma dominante conoceremos con exactitud cuándo se ha producido, ya que en ese momento manifiestan sus efectos. Cuando el efecto es desventajoso para el organismo las m. se llaman deletéreas. Algunas de éstas pueden incluso provocar la muerte del individuo; son las letales.

Frecuencia de mutación. La m. puede aparecer espontáneamente o ser inducida experimentalmente. La frecuencia de m. espontánea es muy pequeña y puede estar influida por factores ambientales, como la temperatura, y genéticos, como es la existencia de genes llamados lábiles, que mutan con gran frecuencia. Esta frecuencia varía de unas especies a otras; es distinta entre individuos de una misma especie, e incluso para un mismo gen puede ser diferente entre los tejidos y según las fases del ciclo vital del individuo; precisamente por esto no se pueden dar números absolutos, pero partiendo del módulo 10-5 nos darán una idea de su valor las siguientes cifras: en Drosophila, la frecuencia de m. de ojo normal rojo a blanco es de 2,9 X 10-5; en la especie humana el albinismo se presenta con una frecuencia de 3X10-1 y la hemofilia con 2X10--. Entre los vegetales, en el maíz la frecuencia de endospermo normal amarillo a endospermo rojo es de 49 X 10-5.

Agentes mutagénicos. Dado que la frecuencia de m. espontánea es muy baja, con objeto de inducir nuevas cualidades hereditarias en los individuos se pueden utilizar agentes físicos o químicos capaces de aumentar dicha frecuencia: son los llamados agentes mutagénicos o mutágenos. La búsqueda de dichos agentes no tuvo éxito hasta 1927, cuando Hermann Joseph Muller pudo demostrar que los rayos X eran mutágenos; recibió el premio Nobel por este descubrimiento. Casi al mismo tiempo, L. J. Stadler mostró las propiedades mutagénicos de los rayos X en el maíz.

Son agentes físicos las radiaciones ionizantes como los rayos X, a, a, y, protones y neutrones que tienen la propiedad de crear pares iónicos en el sistema biológico sobre el que actúan, y no ionizantes, como son los rayos ultravioleta, que tienen mayor longitud de onda y, por tanto, menor penetrabilidad, por lo que se utilizan para irradiar microorganismos, esporas, polen, etc. La longitud de onda más efectiva desde el punto de vista mutagénico es de 2.600 A, que corresponde a la máxima absorción por parte de los ácidos nucleicos. También las ondas ultrasónicas y los choques térmicos son capaces de inducir m.

Los agentes mutagénicos de origen químico actúan a nivel molecular; no se encontraron hasta 1946, siendo el primero y el más efectivo el gas mostaza, descubierto por Carlota Auerbach, que es el sulfuro f3-0 de dicloro etilo; el formaldehído es particularmente efectivo en experimentos con bacterias, el metasulfonato de etilo es muy efectivo y poco nocivo para las células. También son mutágenos químicos los agentes alquilantes, la cafeína y los análogos de base.

La efectividad de un agente químico depende de su facultad de penetración en la célula y su capacidad para alterar en algún sentido la estructura química del material genético dentro de ella.

A pesar del gran número de mutágenos que existen debemos señalar que la mayoría de los agentes comunes investigados que hay en el medio ambiente no inducen m. en la línea germinal, ya que el plasma germinal está muy bien protegido.

Importancia de las mutaciones. Los genes no sólo tienen la facultad de producir copias de sí mismos, sino que reproducen generalmente con fidelidad cualquier innovación que sufra su estructura; esta capacidad de reproducir los cambios que hemos llamado m. proporciona aptitud evolutiva a los seres vivos, permitiendo que todas las formas de vida estén constantemente cambiando para adaptarse a las variaciones del medio ambiente. A pesar de esto, la mayoría de las m. son perjudiciales para el organismo que las presenta, porque suponen cambios en un ser vivo ya muy bien adaptado; estos organismos podrían seguir existiendo indefinidamente si el ambiente en que viven no cambiara nunca. Pero las condiciones de vida varían y las especies deben readaptarse a las circunstancias alteradas o perecer, hecho demostrado ampliamente por la historia geológica. Es en este sentido en el que las m. son beneficiosas, ya que son la base para la selección natural al proporcionar flexibilidad a las especies para adaptarse a nuevas condiciones ambientales. Por tanto, los organismos, para sobrevivir, deben mantener un equilibrio entre los efectos deletéreos que resultan de la mayoría de las m. y la seguridad de una existencia continuada proporcionada por la ocurrencia de otras.

Como hemos visto, la m. es un fenómeno muy importante y el hombre siempre ha pretendido canalizarla. Como las m. ocurren al azar, la posibilidad de obtener un cambio deseable sin que aparezcan otros no deseables es muy pequeña; quizá el éxito estribaría en que el proceso de la m. pudiese ser sometido a control experimental, de modo que las nuevas cualidades hereditarias pudieran ser controladas; ello sería mucho más efectivo que el actual método de esperar que ocurran al azar cambios deseables. Lo que se ha conseguido hasta el momento es aumentar enormemente la frecuencia de m. espontánea mediante varios agentes externos, pero no hay modo de inducir una m. concreta, ya que es imposible elegir determinados genes y hacer que muten a voluntad.

La posibilidad de mejorar los animales y plantas, seres muy organizados y bien adaptados a su ambiente mediante las m. inducidas, es muy remota, pero los cambios al azar obtenidos por m. se pueden a veces hacer coincidir con condiciones ambientales controladas por el hombre; es el caso de los corderos Ancon de patas cortas, que son más útiles en determinados ambientes que los de patas normales. Las manzanas Delicious y las uvas o naranjas sin semilla son claros ejemplos de m. espontáneas ocurridas en variedades originales que han sido aprovechadas por el hombre.

V. t.: GENÉTICA; VARIABILIDAD BIOLÓGICA.

AURORA AZPIAZU.

BIBL.: F. A. E. CREW, Fundamentos de Genética, Madrid 1968; CH. AUERBACH, Mutation, An introduction to research on mutagenesis, Londres 1962; A. M. WINCHESTER, Genetics. A survey of the principles of heredity, Nueva York 1966; E. O. DODSON, Genetics, the modern science of heredity, Londres 1956; E. W. SINNOT, L. C. DUNN y 1. DOBZHANSKY, Principios de Genética, Barcelona 1961; R. RIEGER, A. MICHAELIS y H. M. GREEN, A glossary of Genetics and Cytogenetics, Londres 1968.