LAS MUTACIONES Y LA EVOLUCIÓN

En primer lugar, una mutación es una alteración en la información genética de un ser vivo y que produce un cambio de características, que se presenta súbita y espontáneamente. Hoy en día se considera mutación génica a cualquier cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN.

Hay dos tipos de mutaciones:

Somáticas: Aquellas que afectan a las células somáticas (las que forman el crecimiento de tejidos y órganos de un ser vivo). Por ello, una vez que una célula sufre una mutación, todas las células que derivan de ella por divisiones mitóticas heredarán la mutación (herencia celular), si bien no se transmiten a la siguiente generación.

Germinales: Las que afectan a las células productoras de gametos o células sexuales, dando lugar a gametos con mutaciones. Estas mutaciones se transmiten a la siguiente generación y tienen una mayor importancia desde el punto de vista evolutivo.
Según sus consecuencias, se subdividen en:

Mutaciones morfológicas: Afectan a la distribución corporal del individuo. Suelen producir malformaciones. Por ejemplo, la que determina la neurofibromatosis, enfermedad hereditaria relativamente frecuente (1 en 3.000 individuos), producida por una mutación en el cromosoma 17 y de expresividad variable. Sus manifestaciones principales son la presencia de neurofibromas, glioma del nervio óptico, manchas cutáneas de color café con leche, hamartomas (malformaciones vasculares) del iris, alteraciones óseas, etc. Suele acompañar retardo mental y macrocefalia.

Mutaciones letales y deletéreas: Afectan a la supervivencia de individuos, ocasionándoles la muerte antes de alcanzar la madurez sexual. Cuando la mutación no produce la muerte sino una disminución de la capacidad del individuo para sobrevivir y/o reproducirse se dice que la mutación es deletérea. Este tipo de mutaciones suelen producirse por cambios inesperados en genes que son esenciales o imprescindibles para la supervivencia del individuo. En general las mutaciones letales son recesivas, es decir, se manifiestan solamente en homocigosis o en hemicigosis para los genes ligados al cromosoma X en humanos, por ejemplo.

Mutaciones condicionales: Sólo presentan el fenotipo mutante en determinadas condiciones ambientales (condiciones restrictivas), mostrando la característica silvestre en las demás condiciones del medio ambiente (condiciones permisivas). Un ejemplo es la mutación Curly en Drosophila melanogaster que se manifiesta como las puntas de las alas del insecto curvadas hacia arriba. A temperaturas permisivas de 20 a 25 °C (las cuales son, por otro lado, las típicas del cultivo de este organismo) las moscas homocigóticas para el factor Curly no se diferencian de las moscas normales. No obstante, bajo condiciones restrictivas de temperaturas menores a 18 °C, las moscas Curly manifiestan su fenotipo mutante.

Mutaciones bioquímicas o nutritivas: Son los cambios que generan una pérdida o una modificación de alguna función bioquímica como, por ejemplo, la actividad de una determinada enzima. Se detectan porque el organismo que presenta esta mutación no puede crecer o proliferar en un medio de cultivo, a no ser que se le suministre un compuesto determinado. Los microorganismos constituyen un material de elección para estudiar este tipo de mutaciones ya que las cepas silvestres sólo necesitan para crecer un medio compuesto por sales inorgánicas y una fuente de energía como la glucosa. Ese tipo de medio se denomina mínimo y las cepas que crecen en él se dicen prototróficas. Cualquier cepa mutante para un gen que produce una enzima perteneciente a una vía metabólica determinada requerirá que se suplemente el medio de cultivo mínimo con el producto final de la vía o ruta metabólica que se encuentra alterada. Esa cepa se llama autotrófica y presenta una mutación bioquímica o nutritiva.

Mutaciones de pérdida de función: Las mutaciones suelen determinar que la función del gen en cuestión no se pueda llevar a cabo correctamente, por lo que desaparece alguna función del organismo que la presenta. Este tipo de mutaciones, que suelen ser recesivas, se denominan mutaciones de pérdida de función. Un ejemplo es la mutación del gen hTPH2 que produce la enzima triptófano hidroxilasa en humanos. Esta enzima está involucrada en la producción de serotonina en el cerebro. Una mutación (G1463A) de hTPH2 determina aproximadamente un 80 % de pérdida de función de la enzima, lo que se traduce en una disminución en la producción de serotonina y se manifiesta en un tipo de depresión llamada depresión unipolar.

Mutaciones de ganancia de función: Cuando ocurre un cambio en el ADN, lo más frecuente es que corrompa algún proceso normal del ser vivo. Sin embargo, existen raras ocasiones donde una mutación puede producir una nueva función al gen, generando un fenotipo nuevo. Si ese gen mantiene la función original, o si se trata de un gen duplicado, puede dar lugar a un primer paso en la evolución.
Las mutaciones pueden considerarse patológicas o anormales, mientras que los polimorfismos son variaciones normales en la secuencia del ADN entre unos individuos a otros y que superan el uno por ciento en la población, por lo que no puede considerarse patológico. La mayoría de los polimorfismos proceden de mutaciones silentes.

Cabe hacer referencia, pues es por lo que he elegido las mutaciones como tema de este trabajo, al papel decisivo y crucial de las mutaciones en la evolución. Las mutaciones son la materia prima de la evolución. La evolución tiene lugar cuando una nueva versión de un gen, que originalmente surge por una mutación, aumenta su frecuencia y se extiende a la especie gracias a la selección natural o a tendencias genéticas aleatorias (fluctuaciones casuales en la frecuencia de los genes). Antes se pensaba que las mutaciones dirigían la evolución, pero en la actualidad se cree que la principal fuerza directora de la evolución es la selección natural, no las mutaciones. No obstante, sin mutaciones las especies no evolucionarían.

La selección natural actúa para incrementar la frecuencia de las mutaciones ventajosas, que es como se produce el cambio evolutivo, ya que esos organismos con mutaciones ventajosas tienen más posibilidades de sobrevivir, reproducirse y transmitir las mutaciones a su descendencia.
Además, la selección natural interviene para eliminar las mutaciones desventajosas; por tanto, está actuando continuamente para proteger a la especie de la decadencia mutacional. Sin embargo, la mutación desventajosa surge a la misma velocidad a la que la selección natural la elimina, por lo que las poblaciones nunca están completamente limpias de formas mutantes desventajosas de los genes. Esas mutaciones que no resultan ventajosas pueden ser el origen de enfermedades genéticas que pueden transmitirse a la siguiente generación.

Por otro lado, la selección natural no actúa sobre las mutaciones neutrales, pero las mutaciones neutrales pueden cambiar de frecuencia por procesos aleatorios. Existen controversias sobre el porcentaje de mutaciones que son neutrales, pero generalmente se acepta que, dentro de las mutaciones no neutras, las mutaciones desventajosas son mucho más frecuentes que las mutaciones ventajosas. Por tanto, la selección natural suele actuar para reducir el porcentaje de mutaciones al mínimo posible; de hecho, el porcentaje de mutaciones observado es bastante bajo.

Es importante referirnos a otro resultado de las mutaciones: El cáncer. Está causado por alteraciones en oncogenes, genes supresores de tumores y/o genes de micro ARN. Un sólo cambio genético es usualmente insuficiente para que se desarrolle un tumor maligno. La mayor parte de la evidencia indica que tal desarrollo involucra un proceso de varios pasos secuenciales en los cuales ocurren alteraciones en algunos, frecuentemente muchos, de estos genes. Un oncogén es un gen que, cuando es desreglado, participa en el inicio y desarrollo del cáncer. Las mutaciones génicas que dan como resultado la activación de los oncogenes incrementan la posibilidad de que una célula normal se convierta en una célula tumoral. Desde la década de los setenta se han identificado docenas de oncogenes en los seres humanos. Los oncogenes, al menos en sentido figurado, son los perpetuos antagonistas de los genes supresores tumorales, los cuales actúan previniendo el daño del ADN y mantienen las funciones celulares bajo un equilibrado control.
Un caso especial de mutación es la hipermutación somática (o SHM, por sus siglas en inglés). Es un mecanismo celular que forma parte del modo en cómo se adapta el sistema inmune a nuevos elementos extraños (por ejemplo bacterias). Su función es diversificar los receptores que usa el sistema inmunitario para reconocer elementos extraños (antígenos) y permitir al sistema inmune adaptar su respuesta a las nuevas amenazas que se producen a lo largo de la vida de un organismo. La hipermutación somática implica un proceso de mutación programada que se da en las regiones variables de los genes de inmunoglobulina. A diferencia de muchos otros tipos de mutación, la SHM afecta sólo a células inmunitarias individuales y sus mutaciones, por lo tanto, no se trasmiten a la descendencia.

Es interesante apuntar que la mayoría de las mutaciones son recesivas, es decir, se expresan como máximo en un 50% de los casos en la descendencia. Pueden ser espontáneas o inducidas. Las primeras son aquellas que surgen normalmente como consecuencia de errores durante el proceso de replicación del ADN. Tales errores ocurren con una probabilidad de 10 ^ -7 en células haploides y 10 ^ -14 en diploides. En el caso de las inducidas surgen como consecuencia de la exposición a mutágenos químicos o biológicos o a radiaciones.

Algunos ejemplos de mutaciones son:

• Trisomía 21 o Síndrome de Down, que tienen 47 cromosomas.

• Trisomía 18 o Síndrome de Edwards. También tienen 47 cromosomas.

• Monosomía X o Síndrome de Turner.

• Trisomía sexual XXX o Síndrome del triple X.

• Trisomía sexual XXY o Síndrome de Klinefelter.

• Trisomía sexual XYY o Síndrome del doble Y.

• Cromosoma extra Síndrome de Down.

Por último, haré referencia al porcentaje de mutaciones observadas. Las tasas de mutación han sido medidas en una gran variedad de organismos. En mamíferos la tasa de mutación es de 1 en 2,2• 10^9 bases nucleicas, mientras que, en el otro extremo de la escala, los virus de ARN tienen una tasa de mutación del orden de 1 en 10^6. La cantidad de mutaciones tiene relación con el tipo de enzima involucrada en la copia del material genético. Esta enzima (ADN o ARN Polimerasa, según el caso) tiene distintas tasas de error y esto incide directamente en el número final de mutaciones. A pesar de que la incidencia de las mutaciones es relativamente grande en relación con el número de organismos de cada especie, la evolución no depende sólo de las mutaciones que surgen en cada generación, sino de la interacción de toda esta acumulación de variabilidad con la selección natural y la deriva genética durante la evolución de las especies.