Toți suntem mutanți. Fiecare caracteristică care definește specia noastră este rezultatul unei mutații genetice undeva în istoria evoluției. Și același lucru este valabil pentru orice alt organism de pe planetă. Cu toate acestea, de cele mai multe ori ne gândim la mutații ca fiind rele, ducând la handicap sau boală. Așadar, cât de des sunt aceste modificări ale ADN-ului dăunătoare și câte dintre ele sunt potențial utile? Un nou studiu sugerează că mutațiile letale ar putea fi mult mai puțin frecvente decât am crezut odată, cel puțin în cazul bacteriilor.
Cele mai multe mutații ale ADN-ului sunt cauzate de greșeli care se întâmplă atunci când o celulă face o copie a tuturor informațiilor sale genetice pentru a se putea diviza în două celule noi. Bacteriile precum E. coli trebuie să copieze aproximativ cinci milioane de litere de cod ADN. Pentru oameni, este vorba de aproximativ 3,2 miliarde de litere de ADN în ovule și spermă, și de două ori mai multe în alte celule ale corpului.
În ciuda sistemelor sofisticate de detectare și reparare a erorilor de copiere pe măsură ce apar, unele scapă ocazional prin plasă. Cele mai multe rezultă în ceea ce se numește „mutații punctuale”, deoarece implică doar o singură modificare a unei singure litere de ADN. Cu toate acestea, chiar și acestea pot duce uneori la schimbări mari, modificând genele și proteinele pe care le produc. Acestea, la rândul lor, pot afecta modul în care organismul crește sau funcționează.
Mutațiile pot conduce evoluția, dacă oferă unui individ un avantaj, ceea ce înseamnă că are mai multe șanse să supraviețuiască pentru a avea copii și să transmită gena mutantă. Șansele ca mutațiile aleatorii în milioane sau miliarde de litere de cod să fie benefice pot părea mici. Dar viața pe Pământ există de patru miliarde de ani, așa că intervalele de timp ale evoluției sunt vaste.
Dar mutațiile pot cauza, de asemenea, probleme grave de sănătate, dintre care unele pot fi, de asemenea, moștenite. Cercetătorii din Franța au încercat recent să afle cât de des mutațiile sunt de fapt dăunătoare, folosind bacteria E. coli ca model. Lydia Roberts și colegii săi au folosit o tehnică ingenioasă care le-a permis să vizualizeze modificările ADN-ului care au avut loc în timp ce bacteriile se divizau efectiv.
Modul obișnuit de a estima ratele de mutație la bacterii implică cultivarea acestora pe plăci de agar, vase de plastic care conțin un jeleu bogat în nutrienți pentru microbi. Dar problema cu această abordare este că orice bacterie care dobândește o mutație letală moare în mod evident, astfel încât informațiile despre aceste modificări genetice se pierd permanent.
Pentru a ocoli această problemă, cercetătorii francezi au folosit un cip micuț care conține 1.000 de canale microscopice, în care este distribuit bulionul nutritiv lichid. Noile celule produse după fiecare diviziune celulară rămân în canale, indiferent de orice mutații dăunătoare care le-ar putea afecta supraviețuirea.
Echipa a folosit apoi imagistica time-lapse, combinată cu un marker fluorescent care clipește de fiecare dată când apare o mutație. Acest lucru a produs videoclipuri impresionante ale bacteriilor care se înmulțesc și suferă mutații, amintind de liniile de cod înfățișate în filmul științifico-fantastic The Matrix.
Rezultatele, publicate în Science, sugerează că mutațiile punctuale în bacterii apar la o rată constantă de aproximativ una la fiecare 600 de ore. Spre surprinderea cercetătorilor, aceștia au descoperit, de asemenea, că doar aproximativ 1% din aceste modificări ale ADN-ului au fost letale pentru bacterii – mult mai puține decât se credea anterior.
Se pare că, cel puțin în cazul bacteriilor, majoritatea mutațiilor ar putea să nu aibă niciun efect asupra supraviețuirii. Ele nu sunt nici „rele”, nici „bune”, ci pur și simplu spectatori ai evoluției. Cercetătorii care lucrează pentru a înțelege modul în care mutațiile genetice cauzează boli la om își pun întrebări similare. Rezultatele unor proiecte de anvergură, cum ar fi proiectul britanic 100.000 de genomuri, ar trebui să ajute la dezvăluirea mutațiilor care cauzează boli și a celor care nu au nicio consecință.
Despre bine și rău
Dar știm, de asemenea, că clasificarea mutațiilor ca fiind bune sau rele poate fi uneori foarte dificilă. De multe ori depinde de context, de exemplu dacă mutația ajută organismul să utilizeze o anumită sursă de hrană sau să lupte împotriva unei boli prezente în timpul vieții sale. Iar unele mutații pot fi benefice dacă se moștenește doar o singură copie, dar dăunătoare dacă se moștenesc două copii. Un exemplu de mutație genetică supusă acestui tip de „selecție de echilibrare” este siclemia.
Persoanele cu siclemie au o mutație genetică care produce o formă modificată de hemoglobină, proteina din globulele roșii care transportă oxigenul în organism. Hemoglobina alterată produce celule sanguine lungi în formă de seceră care pot rămâne blocate în vasele mici de sânge. Acest lucru provoacă dureri în piept și în articulații, precum și anemie, un risc crescut de infecții și alte probleme.
Dar, în ciuda acestor efecte potențial devastatoare asupra sănătății, boala este relativ frecventă în anumite țări. Se estimează că 300.000 de copii care moștenesc două copii ale mutației genei celulelor secerătoare (câte una de la fiecare părinte) se nasc cu această boală în fiecare an, mai ales în Nigeria, Republica Democratică Congo și India.
Acest lucru se datorează faptului că persoanele cu o copie a mutației sunt rezistente la malarie și, astfel, au mai multe șanse să supraviețuiască până la vârsta adultă și să transmită gena mutantă mai departe copiilor lor. Așadar, chiar dacă a avea secera este un dezavantaj evolutiv, purtătorii neafectați de mutația genei au un avantaj de supraviețuire în țările în care malaria era (sau este încă) foarte răspândită.
Un studiu american recent sugerează că toate persoanele care trăiesc astăzi cu această afecțiune descind dintr-un singur strămoș care a trăit în urmă cu aproximativ 7.300 de ani fie în Sahara, fie în vestul Africii centrale. Acest lucru arată cum o singură mutație se poate răspândi la foarte mulți indivizi dintr-o populație dacă conferă un beneficiu semnificativ, chiar dacă are și potențialul de a face rău. În mod similar, există dovezi că o singură copie a mutației genei fibrozei chistice ar fi putut oferi strămoșilor noștri rezistență la holeră și că purtătorii bolii Tay-Sachs au rezistență la tuberculoză.
O mai bună înțelegere a efectelor mutațiilor ar putea juca un rol important în tratarea bolilor. De exemplu, studierea ratelor de mutație în diferite tipuri de celule ar putea arunca lumină asupra modului în care apare cancerul în diferite țesuturi ale corpului. Iar înțelegerea ratelor de mutații bacteriene ar putea ajuta oamenii de știință în lupta împotriva microbilor care au dezvoltat rezistență la antibiotice. Acest lucru va contribui în cele din urmă la inaugurarea unei noi ere a medicinei, în care multe boli vor fi diagnosticate și tratate cu ajutorul informațiilor genetice. Iar asta trebuie să fie un lucru bun.
.