Mutacje i inżynieria genetyczna

Mutacje i inżynieria genetyczna

---

Mutacje — definicja i klasyfikacja

Mutacja to trwała, dziedziczna zmiana w materiale genetycznym (DNA). Mutacje mogą być spontaniczne (błędy replikacji) lub indukowane przez mutageny.

Mutageny:

• Fizyczne: promieniowanie UV, promieniowanie jonizujące (rentgenowskie, gamma)
• Chemiczne: benzen, azbest, aflatoksyny, analogi zasad azotowych, formaldehyd
• Biologiczne: niektóre wirusy (np. HPV — rak szyjki macicy, HBV — rak wątroby)

---

Rodzaje mutacji

1. Mutacje genowe (punktowe)

Zmiany w sekwencji nukleotydów jednego genu.

| Typ | Opis | Skutek |
|-----|------|--------|
| Substytucja | Zamiana jednego nukleotydu na inny | Zmiana jednego aminokwasu (missense) lub kodon STOP (nonsense) lub cicha (synonimiczna) |
| Insercja | Wstawienie dodatkowego nukleotydu | Przesunięcie ramki odczytu (frameshift) — zmiana wszystkich dalszych aminokwasów |
| Delecja | Usunięcie nukleotydu | Przesunięcie ramki odczytu |

Typy mutacji punktowych:

• Cicha (synonimiczna) — zmiana nukleotydu, ale ten sam aminokwas (degeneracja kodu)
• Zmiany sensu (missense) — inny aminokwas → może zmienić funkcję białka
• Nonsensowna — kodon STOP → skrócone białko (zwykle niefunkcjonalne)

2. Mutacje chromosomowe (aberracje strukturalne)

Zmiany w strukturze chromosomów.

| Typ | Opis |
|-----|------|
| Delecja | Utrata fragmentu chromosomu |
| Duplikacja | Podwojenie fragmentu chromosomu |
| Inwersja | Odwrócenie fragmentu chromosomu o 180° |
| Translokacja | Przeniesienie fragmentu na inny chromosom |

Przykład: Translokacja chromosomów 9 i 22 → chromosom Philadelphia → przewlekła białaczka szpikowa (CML)

3. Mutacje genomowe (liczbowe)

Zmiany w liczbie chromosomów.

| Typ | Opis | Przykład |
|-----|------|---------|
| Aneuploidia | Zmiana liczby pojedynczych chromosomów | Trisomia 21 (zespół Downa) — 47 chromosomów |
| Poliploidia | Zwielokrotnienie całego zestawu chromosomów | 3n, 4n — częste u roślin (np. pszenica 6n) |
| Monosomia | Brak jednego chromosomu (2n−1) | Zespół Turnera (45,X) |

Najważniejsze aneuploidie u człowieka:

• Trisomia 21 (zespół Downa) — upośledzenie umysłowe, charakterystyczne rysy
• Trisomia 18 (zespół Edwardsa) — ciężkie wady rozwojowe
• Trisomia 13 (zespół Pataua) — ciężkie wady rozwojowe
• 47,XXY (zespół Klinefeltera) — mężczyzna z dodatkowym X
• 45,X (zespół Turnera) — kobieta z jednym X

---

Inżynieria genetyczna

Inżynieria genetyczna to zespół technik pozwalających na modyfikację materiału genetycznego organizmów.

Kluczowe narzędzia:

• Enzymy restrykcyjne — „nożyczki molekularne" — rozcinają DNA w określonych sekwencjach
• Ligaza DNA — „klej molekularny" — łączy fragmenty DNA
• Wektory — nośniki DNA (plazmidy, wirusy) wprowadzające obce DNA do komórki
• PCR (łańcuchowa reakcja polimerazy) — powielanie wybranego fragmentu DNA w milionach kopii
• Elektroforeza żelowa — rozdzielanie fragmentów DNA według wielkości
• CRISPR-Cas9 — nowoczesna metoda precyzyjnej edycji genów („nożyczki genowe")

Zastosowania inżynierii genetycznej:

• Medycyna: produkcja insuliny ludzkiej przez bakterie (rekombinowana insulina), terapia genowa, diagnostyka genetyczna
• Rolnictwo: rośliny transgeniczne (GMO) — odporność na szkodniki, herbicydy, susze
• Kryminalistyka: profilowanie DNA (genetic fingerprinting)
• Nauka: badania funkcji genów, tworzenie organizmów modelowych

---

GMO — organizmy genetycznie modyfikowane

| Zalety | Wątpliwości |
|--------|-------------|
| Zwiększenie plonów | Wpływ na bioróżnorodność |
| Odporność na szkodniki (mniej pestycydów) | Alergenność nowych białek |
| Wzbogacenie w składniki odżywcze (np. złoty ryż z betakarotenem) | Krzyżowanie z dzikimi gatunkami |
| Produkcja leków (biofarming) | Kwestie etyczne i społeczne |

---

Klonowanie

• Klonowanie reprodukcyjne — tworzenie genetycznie identycznego organizmu (np. owca Dolly, 1996)
• Klonowanie terapeutyczne — tworzenie komórek macierzystych do leczenia (bez tworzenia organizmu)

---

Pojęcia kluczowe

• Mutacja — trwała zmiana w materiale genetycznym
• Mutagen — czynnik wywołujący mutacje
• Frameshift — przesunięcie ramki odczytu (insercja/delecja)
• PCR — łańcuchowa reakcja polimerazy (powielanie DNA)
• CRISPR-Cas9 — system precyzyjnej edycji genów
• GMO — organizm genetycznie modyfikowany
• Aneuploidia — nieprawidłowa liczba chromosomów