Los genomas de los organismos están compuestos de ADN, mientras que los genomas virales pueden ser de ADN o ARN.
Es una alteración en el material genético (el genoma) de una célula, un organismo vivo o de un virus que es más o menos permanente y que puede transmitirse a los descendientes de la célula o del virus.
Las mutaciones genéticas se pueden clasificar de dos maneras principales:
- Las mutaciones hereditarias: se heredan de un padre y están presentes a lo largo de la vida de una persona en prácticamente todas las células del cuerpo.
- Las mutaciones adquiridas (o somáticas): ocurren en algún momento durante la vida de una persona y están presentes solo en ciertas células, no en cada célula del cuerpo.
Estos cambios pueden ser causados por factores ambientales, como la radiación ultravioleta del sol, o pueden ocurrir debido a un error, ya que el ADN se copia a sí mismo durante la división celular.
Las mutaciones adquiridas en células somáticas (células distintas de esperma y óvulos) no se pueden pasar a la siguiente generación.
Los cambios genéticos que se describen como mutaciones de novo (nuevas) pueden ser hereditarios o somáticos.
Las alteraciones genéticas que ocurren en más del 1 por ciento de la población se llaman polimorfismos. Son lo suficientemente comunes como para considerarse una variación normal en el ADN.
Los polimorfismos son responsables de muchas de las diferencias normales entre las personas, como el color de ojos, el color de cabello y el tipo de sangre.
Aunque muchos polimorfismos no tienen efectos negativos en la salud de una persona, algunas de estas variaciones pueden influir en el riesgo de desarrollar ciertos trastornos.
¿Cómo pueden las mutaciones genéticas afectar la salud y el desarrollo?
Para funcionar correctamente, cada célula depende de miles de proteínas para hacer su trabajo en los lugares correctos y en los momentos adecuados. En ocasiones, las mutaciones genéticas evitan que una o más de estas proteínas funcionen correctamente.
Al cambiar las instrucciones de un gen para producir una proteína, una mutación puede causar que la proteína funcione mal o que falte por completo.
Cuando una mutación altera una proteína que desempeña un papel crítico en el cuerpo, puede interrumpir el desarrollo normal o causar una afección médica.
Una condición causada por mutaciones en uno o más genes se llama trastorno genético.
En algunos casos, las mutaciones genéticas son tan graves que impiden que un embrión sobreviva hasta el nacimiento. Estos cambios ocurren en genes que son esenciales para el desarrollo, y con frecuencia interrumpen el desarrollo de un embrión en sus primeras etapas.
Debido a que estas mutaciones tienen efectos muy graves, son incompatibles con la vida.
Es importante tener en cuenta que los genes en sí mismos no causan enfermedades; los trastornos genéticos son causados por mutaciones que hacen que un gen funcione incorrectamente.
Por ejemplo, cuando las personas dicen que alguien tiene «el gen de la fibrosis quística «, generalmente se refieren a una versión mutada del gen CFTR, que causa la enfermedad.
Todas las personas, incluidas las que no tienen fibrosis quística, tienen una versión del gen CFTR.
¿Todas las mutaciones genéticas afectan la salud y el desarrollo?
No, solo un pequeño porcentaje de mutaciones causa trastornos genéticos, la mayoría no tienen ningún impacto en la salud o el desarrollo.
Por ejemplo, algunas mutaciones alteran la secuencia de ADN de un gen pero no cambian la función de la proteína producida por el gen.
A menudo, ciertas enzimas reparan las mutaciones genéticas que podrían causar un trastorno genético antes de que se exprese el gen y se produzca una proteína alterada.
Cada célula tiene una serie de vías a través de las cuales las enzimas reconocen y reparan errores en el ADN.
Debido a que el ADN puede dañarse o mutarse de muchas maneras, la reparación del ADN es un proceso importante por el cual el cuerpo se protege de las enfermedades.
Un porcentaje muy pequeño de todas las mutaciones en realidad tiene un efecto positivo. Estas mutaciones conducen a nuevas versiones de proteínas que ayudan a un individuo a adaptarse mejor a los cambios en su entorno.
Por ejemplo, una mutación beneficiosa podría resultar en una proteína que proteja a un individuo y las generaciones futuras de una nueva cepa de bacterias.
Debido a que el código genético de una persona puede tener una gran cantidad de mutaciones sin efecto sobre la salud, el diagnóstico de afecciones genéticas puede ser difícil.
A veces, los genes que se cree que están relacionados con una condición genética particular tienen mutaciones, pero no se ha determinado si estos cambios están involucrados en el desarrollo de la enfermedad; estos cambios genéticos se conocen como variantes de significado desconocido (VOUS) o (VUS).
A veces, no se encuentran mutaciones en genes sospechosos relacionados con la enfermedad, pero las mutaciones se encuentran en otros genes cuya relación con una determinada condición genética se desconoce. Es difícil saber si estas variantes están involucradas en la enfermedad.
¿Qué tipos de mutaciones genéticas son posibles?
La secuencia de ADN de un gen puede alterarse de varias maneras. Los tipos de mutaciones incluyen:
Mutación sin sentido: este tipo de mutación es un cambio en un par de bases de ADN que resulta en la sustitución de un aminoácido por otro en la proteína hecha por un gen.
Mutación sin sentido: una mutación sin sentido también es un cambio en un par de bases de ADN. En lugar de sustituir un aminoácido por otro, sin embargo, la secuencia de ADN alterada señala prematuramente a la célula que deje de formar una proteína.
Este tipo de mutación da como resultado una proteína acortada que puede funcionar incorrectamente o no funcionar en absoluto.
Inserción: modifica el número de bases de ADN en un gen y adiciona un fragmento de ADN. Como resultado, se obtiene una proteína que posiblemente no funcione de manera correcta.
Supresión: una eliminación cambia la cantidad de bases de ADN eliminando un trozo de ADN. El ADN eliminado puede alterar la función de la (s) proteína (s) resultante (s).
Duplicación: ocurre cuando un trozo de ADN se copia anormalmente una o más veces.
Repita la expansión: las repeticiones de nucleótidos son secuencias cortas de ADN que se repiten varias veces seguidas. Una repetición de expansión es una mutación que aumenta el número de veces que se repite la secuencia corta de ADN. Este tipo de mutación puede causar que la proteína resultante funcione incorrectamente.
¿Puede un cambio en la cantidad de genes afectar la salud y el desarrollo?
Las personas tienen dos copias de la mayoría de los genes, una copia heredada de cada padre.
En algunos casos, sin embargo, la cantidad de copias varía, lo que significa que una persona puede nacer con una, tres o más copias de genes particulares.
Con menos frecuencia, uno o más genes pueden faltar por completo. Este tipo de diferencia genética se conoce como variación del número de copias (CNV).
Estos segmentos son lo suficientemente grandes como para incluir genes completos. La variación en el número de copias del gen puede influir en la actividad de los genes y, en última instancia, afectar muchas funciones del cuerpo.
Los investigadores se sorprendieron al saber que la variación en el número de copias representa una cantidad significativa de diferencia genética entre las personas.
Más del 10 por ciento del ADN humano parece contener estas diferencias en el número de copias del gen.
Si bien gran parte de esta variación no afecta la salud o el desarrollo, algunas diferencias probablemente influyan en el riesgo de enfermedad y respuesta de una persona a ciertos medicamentos.
¿Pueden los cambios en el número de cromosomas afectar la salud y el desarrollo?
Las células humanas normalmente contienen 23 pares de cromosomas, para un total de 46 cromosomas en cada célula.
Un cambio en el número de cromosomas puede causar problemas con el crecimiento, el desarrollo y la función de los sistemas del cuerpo.
Estos cambios pueden ocurrir durante la formación de células reproductoras (óvulos y espermatozoides), en el desarrollo fetal temprano o en cualquier célula después del nacimiento.
Una ganancia o pérdida de cromosomas de la normal (46) se llama aneuploidía.
Una forma común de aneuploidía es la trisomía o la presencia de un cromosoma extra en las células.
«Tri-» es en griego para «tres»; las personas con trisomía tienen tres copias de un cromosoma particular en las células en lugar de las dos copias normales. El síndrome de Down es un ejemplo de una condición causada por la trisomía.
Las personas con síndrome de Down generalmente tienen tres copias del cromosoma 21 en cada célula, para un total de 47 cromosomas por célula.
La monosomía, o la pérdida de un cromosoma en las células, es otro tipo de aneuploidía.
«Mono-» es en griego para «uno»; las personas con monosomía tienen una copia de un cromosoma particular en las células en lugar de las dos copias normales. El síndrome de Turner es una condición causada por la monosomía.
Las mujeres con el síndrome de Turner generalmente tienen solo una copia del cromosoma X en cada célula, para un total de 45 cromosomas por célula.
En raras ocasiones, algunas células terminan con conjuntos extra completos de cromosomas. Las células con un conjunto adicional de cromosomas, para un total de 69 cromosomas, se llaman triploides.
Las células con dos conjuntos adicionales de cromosomas, para un total de 92 cromosomas, se llaman tetraploides. Una condición en la que cada célula del cuerpo tiene un conjunto extra de cromosomas. No es compatible con la vida.
En algunos casos, un cambio en el número de cromosomas ocurre solo en ciertas células.
Cuando un individuo tiene dos o más poblaciones de células con una composición cromosómica diferente, esta situación se llama mosaicismo cromosómico.
El mosaicismo cromosómico se produce por un error en la división celular en células distintas de los óvulos y los espermatozoides.
Más comúnmente, algunas células terminan con un cromosoma extra o faltante (para un total de 45 o 47 cromosomas por célula), mientras que otras células tienen los 46 cromosomas habituales.
El síndrome de Mosaic Turner es un ejemplo de mosaicismo cromosómico. En las mujeres con esta afección, algunas células tienen 45 cromosomas porque les falta una copia del cromosoma X, mientras que otras tienen el número habitual de cromosomas.
Muchas células cancerosas también tienen cambios en la cantidad de cromosomas. Estos cambios no son heredados; se producen en células somáticas durante la formación o progresión de un tumor canceroso.
¿Pueden los cambios en el ADN no codificante afectar la salud y el desarrollo?
Está bien establecido que los cambios en los genes pueden alterar la función de una proteína en el cuerpo, lo que puede causar problemas de salud.
Está quedando claro que los cambios en las regiones de ADN que no contienen genes (ADN que no codifica) también pueden conducir a la enfermedad.
Muchas regiones de ADN no codificante desempeñan un papel en el control de la actividad de los genes, y determinan cuándo y dónde se activan o desactivan ciertos genes.
Al alterar estas secuencias, una mutación en el ADN no codificante puede hacer que una proteína se exprese en el lugar equivocado o en el momento equivocado o puede reducir o eliminar la expresión de una proteína importante cuando se necesita.
No todos los cambios en el ADN no codificante tienen un impacto en la salud, pero aquellos que alteran el patrón de expresión de una proteína que desempeña un papel crítico en el cuerpo pueden alterar el desarrollo normal o causar un problema de salud.
Las mutaciones en el ADN no codificante se han relacionado con trastornos del desarrollo como la secuencia aislada de Pierre Robin, que es causada por cambios en los elementos potenciadores que controlan la actividad del gen SOX9.
Las mutaciones de ADN no codificantes también se han asociado con varios tipos de cáncer.
Además de los elementos potenciadores, estas mutaciones pueden alterar otros elementos reguladores, incluidos promotores, aislantes y silenciadores.
Las mutaciones en regiones que proporcionan instrucciones para hacer moléculas de ARN funcionales, tales como ARN de transferencia, micro ARN o ARN largos que no codifican, también se han implicado en la enfermedad.
Los mismos tipos de cambios genéticos que ocurren en los genes o que alteran la estructura de los cromosomas pueden afectar la salud y el desarrollo cuando ocurren en el ADN no codificante.
Estas mutaciones incluyen cambios en bloques de construcción de ADN único (mutaciones puntuales), inserciones, eliminaciones, duplicaciones y translocaciones.
Las mutaciones de ADN no codificantes pueden heredarse de un padre o adquirirse durante la vida de una persona.
Aún se desconoce mucho sobre cómo identificar las regiones funcionales del ADN no codificante y el papel que desempeñan dichas regiones.
Como resultado, es difícil vincular los cambios genéticos en el ADN no codificante a sus efectos sobre ciertos genes y condiciones de salud.
Los papeles del ADN no codificante y los efectos de los cambios genéticos en él son áreas de investigación en crecimiento.
¿Pueden los cambios en el ADN mitocondrial afectar la salud y el desarrollo?
Las mitocondrias, son estructuras dentro de las células que convierten la energía de los alimentos en una forma que las células pueden usar.
Aunque la mayoría del ADN está empaquetado en cromosomas dentro del núcleo, las mitocondrias también tienen una pequeña cantidad de su propio ADN (conocido como ADN mitocondrial).
En algunos casos, los cambios heredados en el ADN mitocondrial pueden causar problemas con el crecimiento, el desarrollo y la función de los sistemas del cuerpo.
Estas mutaciones interrumpen la capacidad de las mitocondrias de generar energía de manera eficiente para la célula.
Las afecciones causadas por mutaciones en el ADN mitocondrial a menudo implican sistemas de órganos múltiples.
Los efectos de estas afecciones son más pronunciados en los órganos y tejidos que requieren mucha energía (como el corazón, el cerebro y los músculos).
Aunque las consecuencias para la salud de las mutaciones del ADN mitocondrial heredado varían ampliamente, las características observadas con frecuencia incluyen:
- Debilidad y desgaste muscular.
- Problemas de movimiento.
- Insuficiencia renal.
- Enfermedad cardíaca.
- Pérdida de funciones intelectuales (demencia).
- Pérdida de la audición.
- Anormalidades que afectan los ojos y visión.
El ADN mitocondrial también es propenso a mutaciones somáticas, que no son hereditarias.
Las mutaciones somáticas ocurren en el ADN de ciertas células durante la vida de una persona y, por lo general, no se transmiten a las generaciones futuras.
Debido a que el ADN mitocondrial tiene una capacidad limitada de repararse cuando está dañado, estas mutaciones tienden a acumularse con el tiempo.
Una acumulación de mutaciones somáticas en el ADN mitocondrial se ha asociado con algunas formas de cáncer y un mayor riesgo de ciertos trastornos relacionados con la edad, como la enfermedad cardíaca, la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.
Además, la investigación sugiere que la acumulación progresiva de estas mutaciones durante la vida de una persona puede desempeñar un papel en el proceso normal de envejecimiento.
¿Cómo están involucradas las mutaciones genéticas en la evolución?
La evolución es el proceso por el cual las poblaciones de organismos cambian a lo largo de generaciones. Las variaciones genéticas subyacen a estos cambios.
Las variaciones genéticas pueden surgir a partir de mutaciones genéticas o de recombinación genética (un proceso normal en el que el material genético se reorganiza a medida que una célula se prepara para dividirse).
Estas variaciones a menudo alteran la actividad del gen o la función de la proteína, que pueden introducir diferentes características en un organismo.
Si un rasgo es ventajoso y ayuda al individuo a sobrevivir y reproducirse, es más probable que la variación genética pase a la siguiente generación (un proceso conocido como selección natural).
Con el tiempo, a medida que las generaciones de individuos con el rasgo continúan reproduciéndose, el rasgo ventajoso se vuelve cada vez más común en una población, haciendo que la población sea diferente a la ancestral.
No todas las mutaciones conducen a la evolución. Solo las mutaciones hereditarias, que se producen en óvulos o células de esperma, pueden transmitirse a las generaciones futuras y contribuir potencialmente a la evolución.
Algunas mutaciones ocurren durante la vida de una persona en solo algunas de las células del cuerpo y no son hereditarias, por lo que la selección natural no puede desempeñar un papel.
Además, muchos cambios genéticos no tienen ningún impacto en la función de un gen o proteína y no son útiles o dañinos. Además, el entorno en el que vive una población de organismos es esencial para la selección de rasgos.
Algunas diferencias introducidas por mutaciones pueden ayudar a un organismo a sobrevivir en un entorno pero no en otro: por ejemplo, la resistencia a ciertas bacterias solo es ventajosa si se encuentra en un lugar determinado y perjudica a los que viven allí.
Entonces, ¿por qué algunos rasgos dañinos, como las enfermedades genéticas, persisten en las poblaciones en lugar de ser eliminados por la selección natural?
Hay varias explicaciones posibles, pero en muchos casos, la respuesta no es clara.
Para algunas condiciones, como la condición neurológica de la enfermedad de Huntington, los signos y síntomas no aparecen hasta después de que una persona tiene hijos, por lo que la mutación genética puede transmitirse a pesar de ser dañina.
Para otros rasgos dañinos, un fenómeno llamado penetración reducida, en el que algunos individuos con una mutación asociada a la enfermedad no muestran signos y síntomas de la afección, también pueden permitir que se transmitan variaciones genéticas dañinas a las generaciones futuras.
Para algunas afecciones, tener una copia mutada de un gen en cada célula es ventajoso, mientras que tener dos copias mutadas causa la enfermedad.
El ejemplo mejor estudiado de este fenómeno es la enfermedad de células falciformes: tener dos copias mutadas del gen HBB en cada célula da como resultado la enfermedad, pero tener solo una copia proporciona cierta resistencia a la malaria.
Esta resistencia a las enfermedades ayuda a explicar por qué las mutaciones que causan la enfermedad de células falciformes aún se encuentran en muchas poblaciones, especialmente en áreas donde prevalece la malaria.
