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Definición

Son cambios en la secuencia de nucleótidos de un gen específico.

Causas

Pueden ser causadas por errores durante la replicación del ADN o por agentes mutagénicos como radiación o productos químicos.

Consecuencias

Pueden afectar la función del gen y provocar enfermedades genéticas o predisposición a enfermedades como el cáncer.

Ejemplo

Mutación del gen BRCA1, que aumenta el riesgo de cáncer de mama.

Análisis

Entiendo que es importante cuidarse de factores como a radiación en el período de gestación para que el hijo no tenga este tipo de mutaciones.

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Definición

Son cambios en la estructura o número de cromosomas.

Causas:

Las mutaciones cromosómicas pueden ser causadas por una variedad de factores, incluyendo errores durante la división celular, exposición a agentes mutagénicos como radiación o ciertos productos químicos, y desequilibrios en los procesos de recombinación genética durante la meiosis.

Consecuencias:

Las mutaciones cromosómicas pueden tener diversas consecuencias, dependiendo del tipo y la magnitud del cambio cromosómico. Pueden provocar trastornos genéticos como el síndrome de Down (trisomía del cromosoma 21), el síndrome de Turner (monosomía del cromosoma X), el síndrome de Klinefelter (trisomía del cromosoma X en varones), entre otros. Además, las mutaciones cromosómicas pueden contribuir al desarrollo de enfermedades como el cáncer, ya que ciertas alteraciones cromosómicas pueden desregular genes implicados en la regulación del crecimiento celular y la apoptosis.

Ejemplo:

Síndrome de Down, causado por una trisomía del cromosoma 21.

Análisis:

Este tipo de mutaciones puede ser grave debido a que al afectar directamente al par de cromosona, existen consecuencias tanto genotípicas como fenotípicas.

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Definición:

Las mutaciones somáticas ocurren en células no germinales del cuerpo y no se transmiten a la descendencia. Pueden ocurrir en cualquier etapa de la vida de un individuo.

Causas:

Pueden ser el resultado de errores durante la replicación del ADN, exposición a agentes mutagénicos, como radiación o productos químicos, o incluso como resultado del envejecimiento celular.

Consecuencias:

Las mutaciones somáticas pueden contribuir al desarrollo de cáncer y otras enfermedades genéticas en el individuo afectado.

Ejemplo:

Mutaciones en células de la piel que conducen al desarrollo de cáncer de piel.

Análisis:

Este tipo de mutaciones son las que influyen en el proceso de que se formen enfermedades más compicadas después.

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Definición

Las mutaciones germinales son alteraciones en la secuencia de ADN que ocurren en las células germinales, es decir, en los óvulos o espermatozoides. Dado que estas células están involucradas en la reproducción y formarán parte del material genético transmitido a la descendencia, las mutaciones germinales tienen el potencial de ser heredadas por la descendencia.

Causas:

Las mutaciones germinales pueden ser causadas por diversos factores. Una causa común es el error durante la replicación del ADN en las células germinales, que puede resultar en cambios en la secuencia de ADN que luego se transmiten a la descendencia. Además, la exposición a agentes mutagénicos como ciertos productos químicos o la radiación también puede desencadenar mutaciones germinales. Además, durante el proceso de meiosis, que es la división celular que da lugar a las células sexuales, pueden ocurrir errores en la recombinación genética, lo que puede llevar a la aparición de mutaciones germinales.

Consecuencias

Las mutaciones germinales tienen el potencial de causar enfermedades genéticas hereditarias en la descendencia. Estas enfermedades pueden variar desde trastornos metabólicos raros hasta condiciones más comunes como la hemofilia o la fibrosis quística. Dependiendo de la naturaleza y el impacto de la mutación, la gravedad de la enfermedad en la descendencia puede variar desde leve hasta potencialmente mortal.

Ejemplo

La hemofilia, una enfermedad genética transmitida a través de una mutación en el gen F8 o F9.

Análisis

Puedo comprender que las mutaciones germinales son de gran importancia en la genética, ya que son las responsables de la introducción de variaciones genéticas en las poblaciones y tienen un papel fundamental en la evolución.

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Las células germinales: la esencia de la vida

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Definición:

Las mutaciones espontáneas son aquellas que ocurren sin la influencia de agentes externos, es decir, no son provocadas por factores ambientales como la radiación o los productos químicos. En su lugar, surgen como resultado de procesos internos dentro de la célula, como errores durante la replicación del ADN o procesos metabólicos normales.

Causas:

Las causas principales de las mutaciones espontáneas son los errores que ocurren durante la replicación del ADN y los procesos metabólicos normales. Durante la replicación del ADN, las enzimas encargadas de copiar la secuencia de ADN pueden cometer errores, como la inserción incorrecta de nucleótidos o la omisión de nucleótidos. Además, los procesos metabólicos normales, como la exposición a radicales libres o la actividad de enzimas reparadoras del ADN, pueden generar cambios en la secuencia de ADN.

Consecuencias:

Las mutaciones espontáneas pueden tener una variedad de consecuencias, dependiendo de la ubicación y naturaleza de la mutación. Algunas mutaciones pueden ser neutras y no tener ningún efecto discernible en el organismo, mientras que otras pueden tener consecuencias graves, como la aparición de enfermedades genéticas o trastornos hereditarios. En algunos casos, las mutaciones espontáneas pueden ser beneficiosas, proporcionando una ventaja adaptativa en ciertos entornos.

Ejemplo

Sustitución de una base nitrogenada durante la replicación del ADN.

Análisis:

Puedo entender que este tipo de mutaciones no se pueden prevenir pues no son provocadas por factores externos, sin embargo, puede tener el mismo nivel de complicaciones

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Definición

Las mutaciones inducidas son aquellas que son provocadas por agentes externos conocidos como mutágenos. Estos mutágenos pueden ser radiación ionizante, productos químicos específicos o ciertos virus que pueden interactuar directamente con el material genético de las células y causar cambios en su secuencia de ADN.

Causas

Las mutaciones inducidas son el resultado directo de la exposición a agentes mutagénicos. Estos agentes pueden incluir radiación ionizante, como rayos X o radiación ultravioleta, que tienen la capacidad de dañar directamente el ADN. Los productos químicos mutagénicos también son comunes y pueden incluir carcinógenos presentes en el ambiente, como los presentes en el humo del cigarrillo o en la contaminación industrial.

Consecuencias

Las mutaciones inducidas pueden tener una variedad de consecuencias, dependiendo del tipo de mutación y del gen afectado. Estas mutaciones pueden causar una amplia gama de trastornos genéticos, enfermedades hereditarias o predisposición al cáncer. Las mutaciones inducidas son un factor importante en la carcinogénesis, ya que pueden activar oncogenes o inactivar genes supresores de tumores, lo que lleva al desarrollo de células cancerosas.

Ejemplo:

Exposición a rayos X que causa mutaciones en el ADN.

Análisis:

Comprendo que se debe prevenir los mutágenos, debido a que estos pueden desencadenar infinidad de graves consecuencias tanto para el gestador como para el hijo.

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http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/16mutacion.htm#:~:text=Mutaciones%20espont%C3%A1neas%3A%20son%20resultado%20de,no%20provocadas%20de%20forma%20experimental).

https://kidshealth.org/es/parents/gene-mutations.html

https://metabolicas.sjdhospitalbarcelona.org/noticia/tipos-mutaciones

https://www.cancer.gov/espanol/publicaciones/diccionarios/diccionario-cancer/def/mutacion

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ÍNDICE:

(TEST DE AMES)

¿Qué ocurre en bacterias?

Los fenómenos de recombinación genética asociados a la transferencia serán abordados en la primera parte del capítulo 17.
Definiciones básicas:
Una pareja de conceptos que también conviene incluir aquí es la diferenciación entre mutaciones espontáneas y mutaciones inducidas:

Los principales tipos son:

Por lo tanto, los emparejamientos propiciados por las formas tautoméricas serían:

De este modo, teóricamente deberían darse las siguientes frecuencias de mutaciones puntuales:

Sin embargo, en la realidad, las frecuencias observadas son mucho más bajas (del orden de 10 à 5' ⁻¹⁰). Esto implica que debe de existir un sistema que corrija los emparejamientos erróneos: como ya sabemos, las ADN polimerasas poseen una capacidad correctora de pruebas ("editing"): cada paso de elongación es seguido inmediatamente por una comprobación del emparejamiento. Si este emparejamiento es erróneo, la polimerasa usa su actividad exonucleasa 3' para elimininar la base mal emparejada, y a continuación vuelve a polimerizar en el mismo lugar (por su actividad polimerasa 5' à 3').

Si la mutación afecta a una zona codificadora: se produce la alteración de un codón. Las consecuencias de la alteración pueden ser muy variadas:

Una vez que ha ocurrido una inserción de una IS o de un Tn, pueden producirse ulteriores delecciones secundarias de todo o de parte del elemento transponible, y a veces también delecciones del material genético adyacente (fenómenos de escisión imprecisa del IS o Tn).

2.8REPASO DE CONCEPTOS ÚTILES EN EL TRABAJO CON MUTANTES BACTERIANOS

Repasemos algunos conceptos y términos que son igualmente de uso común en muchos estudios de genética:

Las mutaciones condicionales (incluidas las condicionalmente letales) son muy útiles para estudiar aquellos genes esenciales para la bacteria. En estos mutantes hay que distinguir dos tipos de condiciones:

Dependiendo de que la mutación genética se manifieste o no a nivel fenotípico, y según el grado de afectación fenotípica, podemos clasificar las mutaciones de la siguiente manera:

Algunos ejemplos de mutantes condicionales muy empleados en genética:

Por otro lado, dadas dos secuencias IS del mismo tipo, situadas a cierta distancia una de la otra, por fenómenos de recombinación propiciados por dichas IS se pueden producir:

En principio, y "por definición", es imposible obtener mutantes letales estrictos de genes esenciales para la viabilidad de la bacteria (p. ej., en genes de la ADN-polimerasa, ARN-polimerasa, ADN-ligasa, etc.), pero sí es posible conseguir mutantes condicionalmente letales, especialmente los termosensibles. Por ejemplo, si tras un tratamiento mutagénico sembramos células de Escherichia coli en placas y las cultivamos a 30ºC, y luego hacemos réplicas en placas que se incuban a 42ºC, las colonias "ausentes" en estas últimas nos señalan correspondientes colonias de la placa matriz candidatas a mutantes termosensibles.

Otro tipo de mutantes condicionales muy empleados en bacterias son aquellos con mutaciones sin sentido. Como se recordará, cuando el ribosoma llega al codón sin sentido, se detiene la traducción ulterior. Sin embargo, si esa bacteria tiene simultáneamente una segunda mutación de tipo supresor extragénico, a saber, un ARNt mutante adecuado, se puede restablecer el fenotipo silvestre (al menos parcialmente).

En una población bacteriana se define la tasa de mutación ( T) para un determinado fenotipo como la probabilidad de que una célula mute a ese fenotipo en un determinado intervalo de tiempo. Luria y Delbrück (1943) escogieron como intervalo de tiempo unitario el correspondiente a un ciclo celular (o sea, a una generación), que es el tiempo necesario para completar una ronda de división celular. Por lo tanto:

, donde T = m / d m es el nº de mutaciones surgidas en un tiempo t, y d es el nº de divisiones ocurridas en ese tiempo t.

(La letra sombreada indica la base que cambia en la mutación supresora).

Los supresores han de ser, por fuerza, poco eficientes , como para no hacer que la célula muera por introducción de demasiados errores en la lectura de los ARNm normales (es decir, la mayor parte de las veces, los supresores introducen el aminoácido correcto). Pero por otro lado, han de ser suficientemente eficicientes como para poder introducir aminoácidos en codones mutantes con la frecuencia adecuada para suprimir la mutación primaria. Normalmente, los supresores típicos suprimen 5-10% de las veces. Es decir, la mayoría de las veces se introduce el aa. correcto frente al codón correcto.

Es el mutágeno físico más empleado en el laboratorio para obtener mutaciones en las bacterias. Como ya estudiamos en su momento, su efecto principal es originar dímeros de pirimidina intracatenarios (con creación de una anillo ciclobutano entre dos Py consecutivas). Las proporciones de lesiones son las siguientes:

Las mutaciones aparecen principalmente como consecuencia del mecanismo posreplicativo de reparación propenso a error (o sea, el sistema SOS). Con menor frecuencia la luz UV ocasiona hidratación de la C, lo que da origen a transiciones.

Estas moléculas entran a las células y son convertidas a los correspondientes "dNTP", de modo que su estructura les permite ser incorporados durante la replicación del ADN.

: provoca una 1) Ácido nitroso desaminación oxidativa de A y C , lo que origina transiciones

1) El 5-BrU es análogo de la T. Propicia transiciones T:A à G:C debido a que experimenta frecuentes cambios tautoméricos desde su forma ceto a su forma enol:

El nitroso también desamina oxidativamente a la G, pero en este caso no hay mutación: G à xantina, que al igual que la G, se empareja con la C.
Algunos agentes alquilantes empleados en laboratorio:
: actúa específicamente sobre la 2) Hidroxilamina (NH₂OH) citosina, añadiéndole un hidroxilo a su grupo -NH ₂.

Todos estos agentes, excepto la NTG, actúan tanto in vivo como in vitro. La NTG sólo actúa in vivo, ya que su efecto lo ejerce sobre la horquilla de replicación del ADN. La NTG es uno de los mutágenos más potentes que se conocen, pero es un agente "sucio", en el sentido de que genera varias mutaciones en la misma célula. Induce reparación SOS propensa a error, dando origen a transiciones, transversiones y desfases del marco original del lectura.

Estabilizan emparejamientos erróneos durante la replicación y la recombinación del ADN, dando origen a desplazamientos de la pauta de lectura.

Aplicaciones: Algunos se están ensayando en cuanto a su capacidad de inhibir tumores cancerígenos, o como antivirásicos, o contra el protozoo causante de la malaria.

Modifican purinas, provocando grandes lesiones en el ADN, que inducen el sistema SOS de reparación, lo que finalmente implica reparación propensa a error. Las aflatoxinas son unas micotoxinas (producidas por hongos, como Aspergillus).

Los rasgos culturales de las bacterias son muy fáciles de ver en los cultivos en placas de Petri, por lo que igualmente es fácil detectar cambios en los aspectos de las colonias que pudieran deberse a mutaciones. Antes de nada, vamos a describir brevemente tres tipos de colonias que pueden darse en una misma especie:

Muchas de estas disociaciones tienen bastante interés clínico, ya que en bacterias patógenas, el fenotipo mutado (sobre todo el rugoso) implica la pérdida de propiedades de virulencia y de especificidad antigénica.

Los mutantes resistentes a fagos surgen esencialmente por alteración de receptores de la superficie celular, sobre los que se adsorben los fagos.

NOTAS

.- El bromuro de etidio (BrEt) se emplea rutinariamente para teñir los geles de electroforesis de ADN y ARN. Los geles se tratan durante unos minutos con1 m g de BrEt, y luego se iluminan con luz UV. El ADN se visualiza porque el BrEt intercalado en él produce una fluorescencia de color anaranjado-rojizo.

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Ambos tipos de mutantes son de muy amplio uso para "marcar" cepas bacterianas en experimentos de genética (especialmente los que implican algún proceso de transferencia de material genético desde una estirpe donadora a otra receptora). Estos marcadores genéticos permiten seleccionar directamente la cepa que los porte añadiendo al medio de cultivo el correspondiente agente selectivo (antibiótico o fago), que obviamente mata o inhibe el crecimiento de las cepas sensibles.

Estos mutantes pierden la capacidad de metabolizar determinados sustratos, pero pueden recurrir a otros alternativos. Para aislar estos mutantes se puede recurrir en muchos casos al uso de medios diferenciales que incorporan indicadores de pH, que cambian de color en función del uso o no del sustrato en cuestión.

Por ejemplo: si quisiéramos aislar mutantes Lac⁻⁻ de E. coli, sembraríamos en Agar Mac Conckey. Los mutantes Lac⁻⁻ dan colonias transparentes, mientras que el fenotipo silvestre Lac⁺ da colonias rojas opacas con un precipitado alrededor de sales biliares(recordar el uso de este medio en las prácticas).

Como ya sabemos, los plásmidos son material genético extracromosómico que se replican independientemente del cromosoma (replicones autónomos), y que no son indispensables para la viabilidad de la bacteria que los posee. Hay plásmidos crípticos que no dan ningún fenotipo detectable (función desconocida), pero existen muchos plásmidos que codifican funciones como resistencia a antibióticos o a metales pesados, virulencia a plantas o animales, capacidad de fijar nitrógeno atmosférico, etc.

Como es lógico, el material genético plasmídico es susceptible de experimentar mutaciones. Pero la posesión de plásmidos por muchas bacterias puede condicionar otro tipo de variaciones genotípicas heredables: la curación , consistente en la pérdida del plásmido , lo que acarrea obviamente la pérdida concomitante de las funciones y fenotipos codificado por aquel, sin que se afecte la viabilidad de la bacteria.
Métodos de curación de plásmidos:
Veamos a continuación un par de maneras de aislar y seleccionar mutantantes bacterianos auxotrofos:
1) Aislamiento de auxotrofos (sin enriquecimiento):
cultivo original à tratar con mutágeno à lavar à siembra placas de medio mínimo (MM)+ suplementos nutricionales à réplica a MM

Se comparan las colonias de la placa-matriz (medio con suplementos nutricionales) con las colonias que hayan aparecido en la placa de réplica (carente de suplementos). La ausencia de colonia en la placa de réplica en una posición en la que existe colonia en la placa-matriz incica que la colonia de la placa matriz que no tiene "gemela" en la réplica es un mutante auxotrófico.

Sin embargo, aun cuando tratemos a un cultivo con un agente mutagénico, la frecuencia de aparición de un determinado fenotipo mutante es relativamente baja. Esto significa que en el experimento anterior, tendríamos que sembrar y replicar numerosas placas con grandes números de colonias, con objeto de alcanzar el umbral de probabilidad para detectar mutaciones auxotróficas. Para solventar este inconveniente, se suele recurrir a una modificación del método anterior basada en enriquecer en mutantes auxotrofos el cultivo tratado con el mutágeno:

2) Enriquecimiento por penicilina para el aislamiento de mutantes auxotróficos (resumen de un protocolo):

cultivo original (bacteria silvestre, prototrofa)

ß

tratamiento con el mutágeno

ß

mezcla de bacterias muertas (p. ej., el 90% del cultivo inicial) + bacterias vivas, entre ellas unos pocos mutantes de diversos tipos

ß

el cultivo se transfiere a un medio líquido rico, para permitir la recuperación y la expresión fenotípica (lag fenotípico)

ß

incubar unas cuantas horas

ß

el cultivo se lava y se pasa a un medio líquido mínimo

ß

añadir penicilina e incubar

ß

la penicilina mata a los prototrofos, pero los auxotrofos no mueren, porque no crecen en MM (muerte selectiva de los parentales prototrofos)

ß

plaquear en medio sólido rico

ß

hacer réplica a medio sólido mímino

ß

identificar los auxotrofos (no crecen en MM)

ß

recuperar los auxotrofos de las placas de medio rico, y caracterizarlos (hacer auxonograma)

Los mutantes resistentes a antibióticos surgen por varios tipos de mecanismos, entre los que se encuentran:

Uno de los más claros indicios de que el cáncer surge a menudo como consecuencia de fenómenos mutagénicos es que la mayoría de los carcinógenos son también mutágenos.

Ames y sus colaboradores desarrollaron, a finales de los años 70, una prueba rápida, sencilla y económica por la que se pueden ensayar compuestos como posibles carcinógenos. Su base consiste precisamente en ver si son mutágenos frente a bacterias (es decir, se comprueba si tras el tratamiento de un cultivo bacteriano con la sustancia en cuestión, aumenta la tasa de aparición de mutantes.
TEST DE AMES
Usa una serie de cepas his⁻ de Salmonella typhimurium, muy bien caracterizadas a nivel genético-molecular.

1)Una suspensión de la bacteria se siembra masivamente (unas 10 ⁸) en placas Petri que llevan un medio mímino (MM) -por lo tanto, sin aminoácidos- .

2)A continuación, en el centro de la placa se coloca un pequeño disco de papel de filtro impregnado con la sustancia que se desea ensayar. Acto seguido, las placas se incuban en estufa a la temperatura óptima de crecimiento de la bacteria (37 o C).

3)Las placas se sacan de la estufa (a las 24 h., por ejemplo) y se cuentan las colonias surgidas en cada placa, comparándolas con las colonias de una placa control que no llevaba la sustancia. Las colonias habrán surgido por el crecimiento de bacterias que hayan experimentado reversiones (=retromutaciones). Cada reversión en el alelo original his⁻⁻restituye el fenotipo silvestre His⁺, y por lo tanto capacita a la bacteria a crecer y dividirse en el medio mínimo.

Si la prueba da resultado positivo (o sea, la sustancia induce altas tasas de mutación sobre la bacteria), es muy probable que el compuesto ensayado sea también carcinógeno, por lo que habrá que continuar estudiándolo a estos niveles. (El 90% de los compuestos que dan positivo en el Test de Ames se ha demostrado que son carcinógenos).
Ulteriores mejoras en el test de Ames
En los últimos años esta prueba ha sido modificada para mejorarla o adaptarla a situaciones especiales. Veamos algunas de estas modificaciones:

Este grupo incluye potentes carcinógenos como:

Como hemos dicho, estos agentes originan un daño premutagénico principal consistente en alquilación del O ⁶ de la G. Ello provoca una gran distorsión en la doble hélice, que posteriormente se plasma en transiciones del tipo G:C à A:T.

Sin embargo, muchas bacterias poseen un sistema específico para reparar las lesiones dela O⁶-alquil-guanina , que funciona de la siguiente manera:

1)La bacteria posee una O⁶-alquil-glucosilasa , que rompe el enlace N-glucosídico entre la O ⁶-alquil-guanina y la desoxirribosa. Esto provoca la creación de un sitio apurínico (sitio AP).

3)Se produce una reparación por escisión-resíntesis de un pequeño nº de nucleótidos, pero si el daño es muy grande se produce una situación SOS que tiende a ser reparada por el sistema propenso a error ya estudiado, lo que provoca introducción de errores, que conducen a transiciones y transversiones.
Algunos ejemplos:
Introducen radicales alquílicos en una cadena (los alquilantes monofuncionales) o en las dos cadenas (los bifuncionales) del ADN, produciendo efectos letales y mutagénicos.

BUBU ceto:A à enol:G

Si partimos de una pareja A=T y en la 1ª ronda de replicación la ADN-polimerasa introducen un BU ceto frente a la adenina, los acontecimientos hasta llegar a la mutación se pueden resumir así:

A:T à (la primera replicación incorpora BU) à A:BUà (tautomerización y 2ª replicación) à G:BU ceto à (3ª replicación) à G:C enol

2) C:G debido a sus frecuentes tautomerizaciones (AP AP La 2-AP es un análogo de la A . Provoca transiciones A:T à amino à imino). Veamos el proceso:

A:T à (primera replicación) à APà (tautemerización y 2ª replicación) à AP amino:T à (3ª replicación) à G:C imino:C

Alteran las Pu o las Py, de modo que:

Tienen mayor poder de penetración que los rayos UV, pero son de difícil manejo, por lo que se emplean poco en bacterias. Los rayos X ocasionan daños reparables por el sistema SOS.

Las radiaciones ionizantes (p. ej., rayos g ) provocan labilizaciones en el ADN, que terminan en roturas en las hebras del ADN (por ataque al enlace fosfodiéster), que finalmente pueden conducir a delecciones.

Se pueden agrupar en varias categorías:

1)Análogos de bases, que se incorporan durante la replicación del ADN.

2)Agentes hidroxilantes o desaminantes de las bases nitrogenadas.

3)Agentes alquilantes.

4)Agentes intercalantes, que se introducen en la doble hélice del ADN, entre pares de bases consecutivas.

5)Bloqueadores del emparejamiento de las bases.

Son sustancias con una estructura en anillo similar a las bases naturales de los ácidos nucleicos, pero con propiedades químicas diferentes. Como ejemplos tenemos:

Determinados agentes ambientales físicos o químicos pueden dañar el ADN o interferir con la maquinaria replicativa, de modo que provocan una mayor frecuencia de aparición de mutaciones (y en este sentido hablamos de "mutaciones inducidas"). A dichos agentes se les llama mutágenos o agentes mutagénicos. Así pues, en última instancia, los mutágenos causan alguna alteración en el ADN que

b)El codón sin sentido UAA ("ocre") puede ser suprimido por una versión mutante de ARNtGly à G AA

c)Existen supresores más raros que suprimen mutaciones de sentido erróneo ("missense"): Ejemplo: El ARNt Gly cuyo anticodón es UCC, por mutación se convierte en un ARNt supresor cuyo anticodón es UCU , que entonces reconoce al codón AGA (de la Arg). Por lo tanto, este supresor inserta Gly frente a cada codón AGA.

d) : son ARNt mutantes que tienen un anticodón con 4 nucleótidos, en lugar de los 3 habituales. supresores de desfases de lectura de +1 nucleótido Ejemplo: Existe un ARNt Phe que tiene un anticodón que reconoce la secuencia UUUC.

2) : Los ribosomas derivados de la alteración por mutación de determinadas proteínas adquieren zonas de conformación cambiada, de modo que reconocen tripletas de forma errónea. Al introducir aminoácidos cambiados en codones que a su vez proceden de mutaciones, pueden restaurar la funcionalidad de algunas proteínas mutantes. Por proteínas ribosómicas mutantes Ejemplos:

a)mutaciones ram, que afectan a las proteínas S4 y S5 de la subunidad 30S del ribosoma, de modo que éste puede suprimir una gran variedad de mutaciones sin sentido y por desfases. (El nombre de ram corresponde a las iniciales de ribosomas am biguos).

b)Mutaciones Str R: tienen afectada la proteína S12 del ribosoma. Hacen que las mutaciones sin sentido sean menos defectuosas ("leaky" = débiles).

Si expresamos d en función del número de células: T= m / (N-N ₀)

NOTA 1: La tasa T de mutación espontánea es constante para cada división celular a distintas tasas de crecimiento

En la expresión anterior hay que introducir un factor de corrección, ya que en el momento de determinar el número de células (N), las bacterias se encuentran en distintas etapas del siguiente ciclo celular, de modo que el promedio real de divisiones es mayor que N en un factor equivalente a 1/ln 2. Resulta, entonces:

T= m·ln2 /(N-N ₀) = 0,69·m / (N-N ₀)

A pesar de lo sencillo de esta fórmula, el cálculo en la práctica de la tasa de mutación no es tan fácil como ésta parece dar a entender. Ello se debe a que el parámetro m mide el número de eventos de mutación en un lapso de tiempo, que no equivale al número de bacterias mutantes medidas. Por lo tanto, y a pesar de lo fácil que suele ser cuantificar el número de mutantes, en el experimento, en ese cantidad medida se incluyen los descendientes de eventos más o menos antiguos de mutación a lo largo de ese experimento. Para calcular m hay que recurrir a ciertos métodos estadísticos.

Por ejemplo, se puede combinar un experimento de tipo de Luria y Delbrück con la distribución de Poisson. Imaginemos que sembramos 20 tubos independientes con la misma cantidad inicial de bacterias sensibles a la estreptomicina e incubamos el mismo tiempo en las mismas condiciones, de modo que la N-N ₀ sea 5.6X10 ⁸; imaginemos que en esa prueba de las fluctuaciones en 11 de los 20 tubos no han surgido mutantes resistentes al antibiótico. De acuerdo con la aproximación de Poisson a la distribución normal, la probabilidad de tener cero (0) mutaciones en un cultivo sería:

P ₀ = m ⁰·e-m/0!

Aplicando esto a nuestro ejemplo:

P ₀ = 11/20 = 1·e-m/1

Y por lo tanto, podemos despejar y resolver el valor de m = -ln11/20 = 0.59. Ahora podemos calcular la tasa de mutación:

T = 0.6·0.59/5.6X10 ⁸ = 7.3·10⁻⁹

NOTA 2: Obsérvese que hemos definido la tasa de mutación respecto de un fenotipo. Esto significa que aquellos fenotipos que dependan de varios genes tendrán tasas de mutación superiores a las de aquellos que dependan de un solo gen. Por ejemplo, la tasa de mutación hacia auxotrofía para la histidina o el triptófano (cuya biosíntesis depende de varios genes) está en torno a 10⁻⁷, mientras que la tasa de mutación a resistencia a estreptomicina (que, como se recordará, depende de la alteración del gen de la proteína ribosómica S12) es de sólo 10⁻¹ ⁰ o 10⁻¹ ¹.

1) (en sentido estricto), que Reversión restaura el genotipo original . Esto equivale a una retromutación ("back-mutation").

2) : la 2ª mutación Supresión suprime los efectos de la 1ª pero no restaura el genotipo original. Por lo tanto, tras la mutación supresora, la célula queda con dos mutaciones. La supresión se clasifica a su vez en:

a) : Supresión indirecta no se corrige el producto del primer gen, pero la 2ª mutación anula las consecuencias fenotípicas. Ejemplos:

i)Se abre una nueva vía para la síntesis del producto afectado por la 1ª mutación.

ii)El producto mutado de la 2ª mutación puede sustituir al producto de la primera.

iii)Se provoca un cambio en el medio intracelular, que hace que el producto alterado de la primera mutación vuelva a ser funcional.

b) : la 2ª mutación Supresión directa corrige el producto del primer gen mutado . Puede ser de dos tipos principales:

i) : la 2ª mutación ocurre Supresión intragénica en el mismo gen donde ocurrió la primera.

ii) la mutación supresora afecta Supresión intergénica (= extragénica): a otro gen , que suele ser uno de los genes implicados en la maquinaria de traducción del ARNm: ARNt y proteínas ribosómicas.

1. Introducción de un desfase de signo opuesto al de la primera mutación à restauración de la pauta de lectura alterada por una previa mutación de desfase de lectura ("frameshift"). La única zona alterada tras la mutación supresora sería la que queda entre ella y la 1ª mutación. Si esta zona es corta y no es esencial para la actividad biológica, se puede restablecer el fenotipo primitivo.

2. , de modo que se codifica un aminoácido distinto del silvestre y distinto del aa. del primer mutante, pero que restaura la funcionalidad de la proteína. A este tipo de supresión se la denomina también Supresiones en el mismo codón que quedó afectado por la 1ª mutación pseudorreversión .

3. Mutación puntual compensatoria en un sitio distante respecto de la primera mutación: la 2ª mutación compensa a la 1ª, de modo que se restaura la estructura tridimensional y/o el centro activo de la proteína.

1)Por ARNt mutantes (= ARNt supresores)

a) son supresores de mutaciones que introducen codones de parada de lectura (o sea, de codones "sin sentido, nonsense"): ARNt mutados en el anticodón, de modo que este anticodón mutado puede emparejarse con alguno de los tres tipos de codones "sin sentido", insertando ahora los aa. correspondientes que transportan; por lo tanto, impiden la terminación prematura de la traducción. Ejemplos: El codón sin sentido UAG ("ámbar") puede ser suprimido por versiones mutantes (supresoras) de los siguientes ARNt:

1)Si la nueva tripleta (codón) codifica el mismo aa. que la antigua (debido a la sinonimia o "degeneración" del código genético, que afecta sobre todo a la tercera base del codón) se origina una mutación neutra , que es "silenciosa" (no hay ningún cambio en el fenotipo).

a) mutaciones de sentido erróneo o alterado ("missense"):

i)si el nuevo aa. es de un tipo químico similar al antiguo, puede cumplir una función semejante en la proteína mutante, por lo que el fenotipo sería también una mutación silenciosa por sustitución de aa.

En esta categoría entran también las proteínas con actividad residual.

a -hélice destruye esta estructura, y puede originar inactivación de la función.

iv) La alteración del centro activo suele provocar inactivación total o parcial. NOTA: Aquí se plantea la siguiente pregunta: si la mutación inactiva totalmente la capacidad funcional de la proteína, ¿cómo podemos reconocer que esa proteína alterada está presente en la célula? La proteína se puede identificar por medio de anticuerpos (Ac) obtenidos frente a la proteína silvestre. Si ponemos en contacto estos Ac con un extracto de las células mutantes, se producirá una reacción antígeno-anticuerpo. Las proteínas inactivas caracterizadas de esta manera se suelen denominar como "CRM" iniciales de "cross-reactive material" (material que da reacción cruzada respecto de la proteína silvestre).

b) , o sea, aquellas que cambian un codón original a una de las tres tripletas que significan "señal de parada" de la traducción:UAG (codón "ámbar"), UAA (codón "ocre"), UGA (codón "ópalo"). Obviamente, el efecto de estas mutaciones sin sentido es producir la detención de la lectura del ARNm por parte de los ribosomas. Por lo tanto se produce una mutaciones "sin sentido" ("nonsense") proteína truncada , que suele ser inactiva.

Se pueden originar por pérdida o ganancia de un pequeño nº de nucleótidos (que no sea 3 o múltiplo de 3)

Suelen ocurrir en zonas del ADN con secuencias repetitivas. En este tipo de secuencias, durante la replicación o la recombinación, se pueden producir Base molecular: malos alineamientos por desplazamiento de una o varias copias de la secuencia repetitiva .

Ejemplo :

G T C C G T C C G T C C G T C C

C A G G C A G G C A G G C A C C

Se produce un cambio total en el sentido del mensaje genético , a partir del sitio de la mutación se sintetiza una proteína inactiva, a menudo truncada (debido a que al cambiar la pauta de lectura, pueden aparecer tripletas sin sentido).

Si la pérdida es de 3 nucleótidos (o múltiplo de 3), y la pequeña delección no afecta a una zona importante de la proteína, se puede producir un producto que aún tenga actividad biológica.

Suponen la eliminación de cientos e incluso miles de nucleótidos.

: Formación de Base molecular grandes bucles intracatenarios, con posterior escisión de dichos bucles. Normalmente en los extremos del material que se va a delecionar existen secuencias de ADN que son repeticiones directas una de otra, lo que facilita algún fenómeno de recombinación que lleva a la eliminación del material (bucle) intercalado entre esas secuencias.

: Mutación Consecuencias irreversible e inactivadora total de uno o varios genes.

Cambio de orientación de un segmento de ADN. En muchos casos se deben a emparejamiento y ulterir recombinación entre secuencias inversamente repetidas en los extremos del material que sufre la inversión.

En muchos casos no hay consecuencias fenotípicas, ya que simplemente se ha invertido el orden de los genes del segmento invertido en relación al resto del genoma. A diferencia de las deleciones, las inversiones Consecuencias: suelen revertir, precisamente por un nuevo proceso de recombinación entre las secuencias inversamente repetidas.

Traslado de un segmento a otro lugar del genomio.

Se trata de la aparición de una copia de una zona de ADN a continuación de la localización del original. Suelen deberse al emparejamiento y recombinación entre secuencias similares en dos moléculas de ADN (en realidad, en este evento, de las dos moléculas de ADN, una se queda con una duplicación mientras que la otra se queda con una delección).

Si el segmento duplicado es grande y lleva varios genes, no suele conducir a inactivación génica (ya que aunque en la juntura de la duplicación puede haber una mezcla de dos genes truncados, sigue habiendo copias silvestres de dichos genes en el mutante).

Una de las propiedades más características de las duplicaciones en tándem es su inestabilidad, ya que revierten con gran frecuencia por nueva recombinación dentro del segmento duplicado.

A pesar de esto, las duplicaciones parecen haber jugado un papel importante en la evolución. Tras una duplicación que se haya estabilizado, hay dos copias de uno o varios genes, de modo que una de las copias de cada pareja puede lentamente ir evolucionando e incluso adquirir una nueva función.

Ejemplo : Durante la replicación puede ocurrir que la citosina pase a su forma imino, que se empareja con la adenina:

1)C à C imino : A (la A es incorporada por la ADN polimerasa)

2)Ahora la C imino vuelve rápidamente a su forma normal, con lo que queda...

3)C : A (este emparejamiento anómalo es detectado por la polimerasa)

4)La actividad exonucleasa 3' à 5' elimina la A recién incorporada

5)Vuelve a intervenir la actividad polimerasa 5' à 3', que incorpora G

6)El resultado final es el emparejamiento correcto C à G

De esta forma, la tasa real de transiciones a partir de una C es aproximadamente equivalente al cuadrado de la correspondiente cte. (k) de tautomerización.

Puntos calientes de mutación ("hot-spots"): son puntos o zonas dentro del genomio donde se concentran mutaciones con una frecuencia mayor que la esperada si se distribuyeran al azar.

: en el gen Ejemplo lacI hay una zona especialmente "caliente" cerca de la base 200, donde la probabilidad de encontrar mutaciones es muy superior a la del resto de la secuencia de ADN de ese gen.

Explicación : algunas bases, dentro de un determinado contexto de secuencia, son modificadas químicamente por acción de alguna enzima (normalmente una metilasa), y ello provoca una mayor susceptibilidad a la aparición de mutaciones puntuales:

La citosina (C ), dentro del contexto de secuencia siguiente:

C C A G G

G G T C C

es metilada por una metilasa específica (que reconoce precisamente a esas dos citosinas dentro de esa secuencia), para dar 5-metilcitosina. La 5-metil citosina experimenta espontáneamente una desaminación oxidativa, que la convierte en timina, de manera que se produce finalmente una transición: C:G à 5-metil-C:G à T:G (emparejamiento anómalo) à T:A

2.1.2 CO NSECUENCIAS POSIBLES DE UNA MUTACIÓN PUNTUAL
Si la mutación afecta a una región en 5' que actúa en cis:
A* : C

C* : A

T* : G

G* : T

2.1.1.2Base molecular de las transversiones

observen en el gráfico los emparejamientos de las formas (Modelo de Topal & Fresco: sin y anti)

El modelo predice que la frecuencia de mutaciones puntuales en un par de bases dependerá de:

1) Mutaciones puntuales : sustituciones de pares de bases. Pueden ser:

a) transiciones : suponen cambio de una pareja Pu:Py à Pu:Py;

b) transversiones : cambio de una pareja Pu:Py à Py:Pu.

2) Mutaciones por desplazamiento de la pauta (=fase o marco) de lectura ["frameshift"]. Se deben a:

a)eliminación de uno o un corto número de nucleótidos;

b)incorporación de uno o un corto número de nucleótidos.

4) Inversiones

Los estudiaremos a continuación, comentando algo sobre su base molecular.

Las transiciones suponen cambios de una pareja purina: pirimida a otra purina:pirimidina:

A:T ßà G:C

Las transversiones suponen el cambio de un par purina:pirimidina a una pirimida:purina (o viceversa):

A:T ßà T:A

G:C ßà C:G

2.1.1.1Base molecular de las transiciones

Se deben, en esencia, a la ocurrencia espontánea, durante la replicación, de formas raras tautoméricas de las bases nitrogenadas. Los desplazamientos tautoméricos del protón cambian las propiedades de formación de puentes de H, de tal modo que:

Mutación es cualquier alteración de la secuencia de bases de un segmento de ADN correspondiente a un gen o a un locus (sea éste transcribible o no), aun cuando esta alteración no se refleje en forma de cambio fenotípico observable o detectable.

INTRODUCCIÓN GENERAL A LOS SIGUIENTES TEMAS: VARIACIONES BACTERIANAS ASOCIADAS A CAMBIOS EN EL GENOTIPO

Los diversos cambios morfológicos, estructurales y funcionales ocurridos a lo largo de la evolución de los seres vivos tienen como base los cambios en los genotipos, que esencialmente pueden ser de dos tipos:

Alelo es cada una de las distintas versiones en que puede presentarse un gen.

: "forma" (secuencia) de un gen en las bacterias aisladas de su hábitat natural (estirpes silvestres). En la naturaleza es muy frecuente la existencia de alelo silvestre polimorfismo :existen diversos alelos silvestres diferentes para un mismo locus.

alelos mutantes : las distintas "formas" (secuencias) que resultan de mutaciones del alelo silvestre.

mutaciones silenciosas (o neutras) , si no hay efecto fenotípico;

mutaciones que implican alteración del fenotipo silvestre :

letales : si ocasionan la muerte o pérdida de viabilidad del microorganismo;

condicionalmente letales : si bajo determinadas condiciones el mutante pierde la viabilidad, pero bajo otras la mantiene.

que suponen la pérdida o la merma de alguna función que no sea esencial para la viabilidad del organismo. Dentro de ellos están los mutaciones de alteración fenotípica mutantes condicionales (su fenotipo alterado se manifiesta en determinadas circunstancias).

condiciones restrictivas (también llamadas no-permisivas): son aquellas condiciones ambientales bajo las cuales el mutante pierde la viabilidad, o su fenotipo se ve alterado, debido a que el producto afectado por la mutación pierde su actividad biológica.

mutantes sensibles al calor (termosensibles). Se suelen denominar con las siglas ts. El producto del gen mutado es más sensible al calor que el producto silvestre

ARNt Ser

U C G

ARNt Gln

ARNt Tyr

U C

ARNt Lys

sobre A (6-aminopurina) à hipoxantina (HX) (6-oxopurina), que en su forma ceto se empareja con la citosina: A:T à HXà G:C ceto:C

Cl-CH ₂-CH ₂-S-CH ₂-CH ₂-Cl : di-(2-cloroetil)-sulfuro.

: CH etil-etano-sulfonato (EES) ₃-CH ₂-SO ₂-O-CH ₂-CH ₃

CH etil-metano-sulfonato (EMS): ₃-SO ₂-O-CH ₂-CH ₃

benzo-a-pireno

aflatoxina-B₁

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ÍNDICE: (TEST DE AMES) ¿Qué ocurre en bacterias? Los fenómenos de recombinación genética asociados a la transferencia serán abordados en la primera parte del capítulo 17 .