Mutacións: paira que serven os erros?

2003/03/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biokimika
• Genetika

(Foto: Goodale).

Poden ser? Non sempre son? Non, claro, e menos mal que é así. Pola contra, as especies serían moi variables e a vida non sería viable, en parte os compoñentes da vida necesitan estruturas estables.

A verdade é que os seres vivos teñen moitos cambios ao longo da súa vida no material xenético. Cada vez que a célula duplícase, sexa paira reproducirse ou non, o equipo bioquímico debe duplicar millóns de datos. Os biólogos chaman a esta copia a replicación do ADN. Este equipo encargado da replicación é un traballador moi competente e rápido, pero tamén ten limitacións e, aínda que de cando en vez, comete erros. As mutacións son consecuencia destes erros.

Pero a información útil só está codificada nunha parte do ADN: o 95% do xenoma non codifica nada. Así o afirman os expertos. Se isto é certo, non hai razón paira preocuparse: aínda que existan erros, case todos se producen en partes que non teñen importancia paira o proceso de produción de proteínas.

Achega masculina

Aínda que as mutacións prodúcense de forma inesperada e sen planificación, conducen á evolución; paira evolucionar, os seres vivos necesitan mutacións. A capacidade da tribo da historia paira facer fronte ao frío é o resultado das mutacións.

Como é posible? Trátase da capacidade de adaptación do segredo: de cando en vez nace una 'diferente' na tribo, aínda que só ten una pequena diferenza provocada por unha sinxela mutación. Si o recentemente nado adáptase mellor á contorna que os seus pais, esta pequena mutación será exitosa e transmitirase de xeración en xeración; co paso do tempo, os que teñen esa mutación avanzarán.

Desgraciadamente algunhas enfermidades tamén avanzan da mesma maneira.

Con todo, paira iso non abonda con que una mutación teña éxito: débese transmitir por herdanza. Pero non todas as mutacións transmítense. Entón, como sucede? O corpo pode controlalo? Aínda non hai resposta a estas preguntas, a herdanza é un mecanismo escuro. Pero os expertos teñen datos paira empezar a crear hipóteses.

Os homes teñen máis mutacións que as mulleres, é dicir, o xenoma do home ten máis cambios que a muller. Por que? Segundo os expertos, é cousa de esperma. O home non deixa de innovar esperma até a súa morte e no proceso de elaboración de cada espermatozoide prodúcese una replicación. En canto á reprodución, o home ten que facer moitas copias, pero a muller desenvólvese con poucos óvulos durante toda a vida. En consecuencia, hai máis mutacións que nos óvulos esperman. A isto chámaselle teoría do home mutagénico.

Pegada de persoas maiores

Paira analizar os detalles da teoría do home mutagénico, uns biólogos californianos han escollido a enfermidade da acondroplasia. É o tipo de nanismo máis frecuente e é una das enfermidades xenéticas que só os homes transmiten. É una curiosa enfermidade. Ao ser xenético prodúcese sen motivos aparentes: 'de súpeto' un neno dunha xeración nace enfermo. Pero a enfermidade non é un misterio: o causante é una mutación determinada que foi o esperma do pai.

Os investigadores, dirixidos pola bióloga Irene Tiemenn-Boege, atoparon tendencias estrañas en número de mutacións e en número de nenos nados con acondroplasia.

Nun grupo de homes investigouse a frecuencia desta mutación. Esperaban que cantos máis vellos estudasen, máis mutacións atoparon. Con todo, a pesar da mutación, un pai novo non transmite aos seus fillos tan facilmente como un pai maior. Isto significa que a idade do pai é importante paira transmitir una mutación por herdanza.

A mutación de orixe do nanismo é o dobre en homes de cincuenta anos que en homes de vinte. Na mesma liña, os nenos con nanismo son cinco veces máis numerosos nos casos dos pais de cincuenta anos que nos de vinte. Parece que a mutación ten moitas máis posibilidades de prosperar si o seu pai é maior. Iso si que é curioso: e por que pasa iso? Os científicos non atoparon ningunha explicación.

Orixe da mutación

Analicemos a relación entre mutacións e herdanza. No proceso de formación de espermatozoides é necesaria a replicación, é dicir, a copia do material xenético, polo que haberá mutacións pero non en todos os espermatozoides. Algúns terán a mutación do nanismo, pero a maioría non.

Ao traballar durante toda a vida, os homes maiores han creado máis espermas que os mozos, polo que replicaron máis e teñen que ter máis erros que os mozos. É lóxico este argumento? Aparentemente si. No entanto, non está claro cal é o modelo de copia. Se cada copia realízase desde a última copia, cada vez haberá máis mutacións en esperma, xa que o erro cometido una vez realizado o duplicado de copia avanza. Pero se o modelo é a única célula que está "gardada" toda a vida do home, non é lóxico acumular erros. Probablemente sexa un caso intermedio, é dicir, de cando en vez o corpo terá que renovar o seu modelo. Poida que sexa así, pero os biólogos non saben exactamente como sucede o proceso.

No entanto, en xeral, a maioría dos espermatozoides non terán mutación. Que ocorre na reprodución? Se o óculo é fecundado por unha persoa con mutación, nacerá un neno enfermo. Pero a maioría non vai ter mutación, polo que hai pouca probabilidade de transmitila. Ou non? Quizá, cando o pai é maior, os espermatozoides que levan mutación fecundan máis facilmente os óvulos, pero non está claro por que esta facilidade aumenta coa idade.

Este tipo de dúbidas son habituais na bioloxía e na ciencia en xeral. Moitas veces, a medida que o traballo avanza, xorden máis preguntas, que ás veces aumentan máis rápido que as respostas. Cal é o efecto da idade nas mutacións? A replicación ocorre igual en todos os casos? Os científicos tamén expoñen preguntas máis xerais: pódese tomar como modelo a mutación investigada? Quizais non sexa una mutación moi típica. Que pasa coas mutacións que transmiten as mulleres? Tendencias similares?

Cando os científicos publican una investigación, o camiño non se termina. Normalmente ocorre o contrario: ábrense máis liñas de investigación. E ás veces iso é una satisfacción, pero ás veces pódese desesperar.

Abundantes ou escasos? As mutacións son claramente asustantes: son a orixe de moitas enfermidades. Con todo, a adaptación xenética é en moitos casos una vantaxe que se consegue mediante mutacións. Entón, que traen as mutacións? Vantaxe ou dano? Se o consideramos como una vantaxe, pareceranos que ocorre poucas veces e viceversa. Aínda que na replicación (proceso de copiado do material xenético) utilízanse sistemas de corrección, prodúcense erros. Os números son representativos: no ser humano, por exemplo, cada vez que se copia o material xenético dunha célula prodúcense una media de 120 erros. Vaia! É moito. Isto é debido a que o aparello de replicación comete un erro nunha de cada 50 millóns de bases. Visto así, non é tanto. Ademais, hai que ter en conta que nun segundo cópianse mil bases. Por outra banda, a mutación nociva nunha célula non significa dano a todo o órgano. Por exemplo, se nos ocorre una mutación "grave" nunha célula do ollo, talvez non poidamos sintetizar un fotorreceptor. Pero si sintetízase ben leste fotorreceptor en todas as células da contorna, por suposto, non perderemos o ollo ou non quedaremos cegos. No caso do esperma e o óvulo, con todo, o novo organismo desenvolverase a través de una única copia do xenoma, polo que os defectos que se producen na replicación son moito máis perigosos. Por iso, os erros na síntese do esperma son máis importantes que os que se producen noutras células do corpo.

Xogo de mutacións na táboa de aminoácidos

O código xenético é un código paira facer proteínas por pezas, é dicir, paira formar una determinada proteína, ao tratarse dunha cadea, é un código que indica os elementos dunha nunha. E cada elemento da cadea (cada aminoácido) é codificado por un trío lido na cadea RNA (copia do ADN). No ARN lense tres bases consecutivas e engádese un aminoácido na cadea. Os tríos denomínanse codones e o código que os compoñen pódese ver na seguinte táboa.

Por exemplo, se les AAG, o aminoácido a introducir é lisina (Lys) e non calquera outro, o codón UCU codifica serina (Ser), AAD arginina (Ed), etc. Da mesma maneira, como se pode observar, no código indícase que a cadea finalizou mediante un dos códigos UAA, UAG ou UGA.

Que ocorre cando hai un erro? Por exemplo, si en lugar de introducir una G no código introdúcese una Ou e o GGU convértese en GUU, una glicina (Gly) substitúese por unha valina (Val). Dependendo do elemento que cambia na secuencia de aminoácidos, una proteína pode perder a capacidade de desempeñar a súa función.

O mesmo ocorre si una mutación fai que apareza o sinal de fin, por exemplo, se o codón UGC convértese en UGA, o cóbado deterá a síntese da proteína en lugar de introducir a cisteína (Cys) que lle corresponde orixinalmente. Nestes casos só se sintetiza una parte da proteína, polo que non pode cumprir a función, por exemplo, en lugar de formar una cadea de 1.500 aminoácidos, formarase só a dos 350 primeiros.

Con todo, outras mutacións non teñen consecuencias. Por exemplo, se se produce un erro no codón ACA e convértese en ACG, non hai problema, xa que ambas codones codifican o mesmo aminoácido: treonina (Thr).

Ademais, en ocasións prodúcense intercalaciones de bases, expulsións e mutacións de varias bases, que na maioría dos casos teñen consecuencias graves si prodúcense nas partes de codificación de proteínas.

Reparar a medida que se copia É a única biomolécula que resolve as células de ADN. Todos os demais, cando teñen erros, substitúense, é dicir, desfaise o vello e faise un novo. Non é de estrañar, xa que o ADN garda a información. O ADN, ao ser una molécula, depende dos efectos químicos e físicos, polo que a célula desenvolveu una serie de recursos paira facer fronte a estes efectos típicos. A luz ultravioleta, a radiación ou as sustancias químicas poden causar dano a esta molécula, polo que debe protexerse delas. Pero ademais dos efectos externos, ao copiar o ADN, a célula tamén produce erros. Cando se substitúe una base por outra, as dúas ramas do ADN non se unen correctamente nese punto. De feito, una base G dunha rama ten sempre una base C na outra e una A unha base T. Calquera outra combinación é un erro e fisicamente non se adapta ben. Non moderada. Con estas inadecuaciones, a célula corrixe os defectos do ADN inmediatamente despois do seu replicación. Una proteína detecta o fallo e pon en marcha o proceso de reparación. Outras proteínas liberan esta parte do ADN, que estaba enrolada, e introducen a base directa correspondente a ese lugar. Desta forma conséguese minimizar erros paira evitar mutacións. Con todo, as mutacións xorden.

Por que naceu o sexo?

Os científicos preguntáronse desde hai tempo. A vida xurdiu sen sexo; os 'primeiros' vivos eran microorganismos e reproducíanse mediante procesos como o desdobramento, como os microorganismos actuais. Pero a partir dun momento evolutivo desenvolveuse una reprodución sexual en diferentes seres vivos, é dicir, intercambiaban xenes con outro da mesma especie paira reproducirse. Con algúns xenes do seu pai e outros da súa nai, o seguinte recolle as características intermedias.

A verdade é que iso non quere dicir que se elixan” os xenes. O sucesor, con todo, ten toda a información xenética do pai e da nai, por iso nós temos dúas copias de cada cromosoma. Pero un proceso moi complexo fai que o seu sucesor bloquee uns xenes do seu pai e outros da súa nai paira utilizar o grupo 'único'.

Que vantaxe ten? Non está moi claro, pero hai varias hipóteses. Uno deles afirma que o sexo contribúe á evolución. En definitiva, mesturados os xenes dos pais, o descendente pode ter mellores características xenéticas que os pais. Pero paira iso, o pai e a nai deben ter xenes diferentes, é dicir, ter mutacións e, desde o punto de vista evolutivo, mutacións vantaxosas.

Paira confirmar esta hipótese, N. O biólogo británico Colegrave analiza un caso intermedio no que experimenta coa alga Chlamydomonas reinhardtii, capaz de experimentar tanto a reprodución sexual como a asexual. Reproduciu algunhas algas asexualmente e outras sexualmente, comparando os incrementos de ambos os grupos tras o nacemento de moitas xeracións.

O resultado é claro: a reprodución sexual aumenta a vantaxe de adaptación nos casos de mutacións beneficiosas. Pero as mutacións beneficiosas teñen que ser necesariamente, é dicir, as mutacións que axudan no proceso de adaptación teñen a vantaxe. Esa é a forza motriz da evolución.

E cando son beneficiosas as mutacións? A resposta é sinxela: na natureza hai mutacións beneficiosas en casos de poboacións moi grandes. Nestas poboacións existirán todos os tipos de mutacións, tanto beneficiosas como nocivas; a evolución, por suposto, sérvese dos beneficios paira avanzar.