Mutasi adalah objek studi penting bagi ahli sitogenetik dan biokimia. Mutasi, gen atau kromosom, yang paling sering menjadi penyebab penyakit keturunan. Dalam kondisi alami, penataan ulang kromosom sangat jarang terjadi. Mutasi yang disebabkan oleh bahan kimia, mutagen biologis, atau faktor fisik seperti radiasi pengion sering menjadi penyebab malformasi kongenital dan keganasan.
Informasi umum tentang mutasi
Hugh de Vries mendefinisikan mutasi sebagai perubahan mendadak dalam sifat turun-temurun. Fenomena ini ditemukan dalam genom semua organisme hidup, dari bakteri hingga manusia. Dalam kondisi normal, mutasi pada asam nukleat sangat jarang terjadi, dengan frekuensi sekitar 1 10–4 – 1 10–10.
Bergantung pada jumlah materi genetik yang terpengaruh oleh perubahan, mutasi dibagi menjadi genomik, kromosom, dan gen. Yang genom dikaitkan dengan perubahan jumlah kromosom (monosomi, trisomi, tetrasomi); kromosom dikaitkan dengan perubahan struktur individukromosom (penghapusan, duplikasi, translokasi); mutasi gen mempengaruhi satu gen. Jika mutasi hanya mempengaruhi satu pasang nukleotida, maka itu adalah mutasi titik.
Bergantung pada penyebab yang menyebabkannya, mutasi spontan dan induksi dibedakan.
Mutasi spontan
Mutasi spontan terjadi di dalam tubuh di bawah pengaruh faktor internal. Mutasi spontan dianggap normal, jarang menyebabkan konsekuensi serius bagi tubuh. Paling sering, penataan ulang tersebut terjadi dalam gen yang sama, terkait dengan penggantian basa - purin untuk purin lain (transisi), atau purin untuk pirimidin (transversi).
Mutasi spontan lebih jarang terjadi pada kromosom. Mutasi spontan kromosom biasanya diwakili oleh translokasi (perpindahan satu atau lebih gen dari satu kromosom ke kromosom lain) dan inversi (perubahan urutan gen dalam kromosom).
Penataan ulang terinduksi
Mutasi yang diinduksi terjadi pada sel-sel tubuh di bawah pengaruh bahan kimia, radiasi atau bahan replikasi virus. Mutasi semacam itu lebih sering muncul daripada yang spontan dan memiliki konsekuensi yang lebih serius. Mereka mempengaruhi gen individu dan kelompok gen, menghalangi sintesis protein individu. Mutasi yang diinduksi sering mempengaruhi genom secara global, di bawah pengaruh mutagen kromosom abnormal muncul dalam sel: isokromosom, kromosom cincin, disentrik.
Mutagen, selain penataan ulang kromosom, menyebabkan kerusakan DNA: pemutusan untai ganda,pembentukan ikatan silang DNA.
Contoh mutagen kimia
Mutagen kimia termasuk nitrat, nitrit, analog basa nitrogen, asam nitrat, pestisida, hidroksilamin, beberapa bahan tambahan makanan.
Asam nitrit menyebabkan gugus amino dipecah dari basa nitrogen dan digantikan oleh gugus lain. Ini mengarah pada mutasi titik. Hidroksilamin juga menyebabkan mutasi yang diinduksi secara kimiawi.
Nitrat dan nitrit dalam dosis tinggi meningkatkan risiko kanker. Beberapa suplemen nutrisi menyebabkan reaksi arilasi asam nukleat, yang menyebabkan terganggunya proses transkripsi dan translasi.
Mutagen kimia sangat beragam. Seringkali zat inilah yang menyebabkan mutasi yang diinduksi pada kromosom.
Mutagen fisik
Mutagen fisik termasuk radiasi pengion, terutama gelombang pendek, dan ultraviolet. Ultraviolet memulai proses peroksidasi lipid dalam membran, memicu pembentukan berbagai cacat pada DNA.
Radiasi sinar-X dan gamma memicu mutasi pada tingkat kromosom. Sel-sel seperti itu tidak mampu membelah, mereka mati selama apoptosis. Mutasi yang diinduksi juga dapat mempengaruhi gen individu. Misalnya, memblokir gen supresor tumor menyebabkan tumor.
Contoh penataan ulang yang diinduksi
Contoh mutasi induksi adalah berbagai penyakit genetik, yang lebih sering muncul di daerah rawanpaparan faktor mutagenik fisik atau kimia. Diketahui, khususnya, bahwa di negara bagian Kerala, India, di mana dosis efektif tahunan radiasi pengion melebihi norma sebanyak 10 kali lipat, frekuensi kelahiran anak-anak dengan sindrom Down (trisomi pada kromosom ke-21) meningkat. Di distrik Yangjiang, Tiongkok, sejumlah besar monasit radioaktif ditemukan di tanah. Unsur-unsur yang tidak stabil dalam komposisinya (cerium, thorium, uranium) meluruh dengan pelepasan gamma quanta. Paparan radiasi gelombang pendek di daerah telah menyebabkan sejumlah besar kelahiran anak-anak dengan sindrom kucing menangis (penghapusan sebagian besar kromosom 8), serta peningkatan insiden kanker. Contoh lain: pada Januari 1987, rekor jumlah kelahiran anak-anak dengan sindrom Down tercatat di Ukraina, terkait dengan kecelakaan Chernobyl. Pada trimester pertama kehamilan, janin paling sensitif terhadap efek mutagen fisik dan kimia, sehingga dosis radiasi yang sangat besar menyebabkan peningkatan frekuensi anomali kromosom.
Salah satu mutagen kimia paling terkenal dalam sejarah adalah obat penenang Thalidomide, diproduksi di Jerman pada 1950-an. Mengkonsumsi obat ini telah melahirkan banyak anak dengan berbagai kelainan genetik.
Metode mutasi yang diinduksi biasanya digunakan oleh para ilmuwan untuk menemukan cara terbaik untuk melawan penyakit autoimun dan kelainan genetik yang terkait dengan hipersekresi protein.
