Le mutazioni sono un importante oggetto di studio per citogenetisti e biochimici. Sono le mutazioni, genetiche o cromosomiche, che sono il più delle volte la causa di malattie ereditarie. In condizioni naturali, i riarrangiamenti cromosomici si verificano molto raramente. Mutazioni causate da sostanze chimiche, mutageni biologici o fattori fisici come le radiazioni ionizzanti sono spesso la causa di malformazioni congenite e tumori maligni.
Informazioni generali sulle mutazioni
Hugh de Vries definì una mutazione come un cambiamento improvviso in un tratto ereditario. Questo fenomeno si trova nel genoma di tutti gli organismi viventi, dai batteri all'uomo. In condizioni normali, le mutazioni negli acidi nucleici si verificano molto raramente, con una frequenza di circa 1 10–4 – 1 10–10.
A seconda della quantità di materiale genetico interessato dai cambiamenti, le mutazioni si dividono in genomiche, cromosomiche e geniche. Quelli genomici sono associati a una variazione del numero di cromosomi (monosomia, trisomia, tetrasomia); cromosomiche sono associate a un cambiamento nella struttura dell'individuocromosomi (delezioni, duplicazioni, traslocazioni); le mutazioni genetiche interessano un singolo gene. Se la mutazione ha interessato solo una coppia di nucleotidi, allora è una mutazione puntiforme.
A seconda delle cause che le hanno causate, si distinguono mutazioni spontanee e indotte.
Mutazioni spontanee
Mutazioni spontanee si verificano nel corpo sotto l'influenza di fattori interni. Le mutazioni spontanee sono considerate normali, raramente portano a gravi conseguenze per l'organismo. Molto spesso, tali riarrangiamenti si verificano all'interno dello stesso gene, associati alla sostituzione di basi: purine per un' altra purina (transizione) o purine per pirimidina (trasversione).
Significativamente meno spesso si verificano mutazioni spontanee nei cromosomi. Le mutazioni cromosomiche spontanee sono solitamente rappresentate da traslocazioni (il trasferimento di uno o più geni da un cromosoma all' altro) e inversioni (cambiamenti nella sequenza dei geni in un cromosoma).
Riarrangiamenti indotti
Le mutazioni indotte si verificano nelle cellule del corpo sotto l'influenza di sostanze chimiche, radiazioni o materiale di replicazione dei virus. Tali mutazioni compaiono più spesso di quelle spontanee e hanno conseguenze più gravi. Colpiscono singoli geni e gruppi di geni, bloccando la sintesi delle singole proteine. Le mutazioni indotte spesso interessano globalmente il genoma, è sotto l'influenza di mutageni che nella cellula compaiono cromosomi anormali: isocromosomi, cromosomi ad anello, dicentrici.
I mutageni, oltre ai riarrangiamenti cromosomici, causano danni al DNA: rotture del doppio filamento,la formazione di legami incrociati del DNA.
Esempi di mutageni chimici
I mutageni chimici includono nitrati, nitriti, analoghi della base dell'azoto, acido nitroso, pesticidi, idrossilammina, alcuni additivi alimentari.
L'acido nitroso fa sì che il gruppo amminico venga separato dalle basi azotate e sostituito da un altro gruppo. Questo porta a mutazioni puntiformi. L'idrossilammina provoca anche mutazioni indotte chimicamente.
Nitrati e nitriti in dosi elevate aumentano il rischio di cancro. Alcuni integratori alimentari provocano reazioni di arilazione degli acidi nucleici, che portano all'interruzione dei processi di trascrizione e traduzione.
I mutageni chimici sono molto diversi. Spesso sono proprio queste sostanze a causare mutazioni indotte nei cromosomi.
Mutageni fisici
I mutageni fisici includono radiazioni ionizzanti, principalmente onde corte e ultravioletti. L'ultravioletto avvia il processo di perossidazione lipidica nelle membrane, provoca la formazione di vari difetti nel DNA.
I raggi X e le radiazioni gamma provocano mutazioni a livello dei cromosomi. Tali cellule non sono in grado di dividersi, muoiono durante l'apoptosi. Le mutazioni indotte possono anche influenzare i singoli geni. Ad esempio, il blocco dei geni oncosoppressori porta a tumori.
Esempi di riarrangiamenti indotti
Esempi di mutazioni indotte sono varie malattie genetiche, che si manifestano più spesso in aree soggette aesposizione a un fattore mutageno fisico o chimico. È noto, in particolare, che nello stato indiano del Kerala, dove la dose annuale efficace di radiazioni ionizzanti supera di 10 volte la norma, la frequenza di nascita dei bambini con sindrome di Down (trisomia sul 21° cromosoma) è aumentata. Nel distretto cinese di Yangjiang è stata rinvenuta nel suolo una grande quantità di monazite radioattiva. Gli elementi instabili nella sua composizione (cerio, torio, uranio) decadono con il rilascio di gamma quanti. L'esposizione alle radiazioni a onde corte nella contea ha portato a un gran numero di nascite di bambini con la sindrome del gatto che piange (delezione di un'ampia sezione dell'8° cromosoma), nonché a una maggiore incidenza di cancro. Un altro esempio: nel gennaio 1987 in Ucraina è stato registrato un numero record di nascite di bambini con sindrome di Down, associato all'incidente di Chernobyl. Nel primo trimestre di gravidanza, il feto è più sensibile agli effetti di mutageni fisici e chimici, quindi una dose colossale di radiazioni ha portato ad un aumento della frequenza delle anomalie cromosomiche.
Uno dei più famigerati mutageni chimici della storia è il sedativo Talidomide, prodotto in Germania negli anni '50. L'assunzione di questo farmaco ha portato alla nascita di molti bambini con un'ampia varietà di anomalie genetiche.
Il metodo della mutazione indotta è comunemente usato dagli scienziati per trovare il modo migliore per combattere le malattie autoimmuni e le anomalie genetiche associate all'ipersecrezione proteica.
