Las mutaciones son cambios permanentes en la secuencia del DNA. Pueden ser puntuales (un nucleotido) o extensas (cromosomicas). Son la fuente primaria de variacion genetica y el motor de la evolucion.
Tasa de mutacion humana: ~1-2 x 10⁻⁸ mutaciones por nucleotido por generacion. Con 3 mil millones de pares de bases, cada persona tiene ~100-200 mutaciones nuevas.
Causas de mutaciones
- Espontaneas: Errores de replicacion (~10⁻¹⁰ con proofreading)
- UV: Dimeros de timina (T=T)
- Quimicos: Agentes alquilantes, analogos de bases
- Radicales libres: Dano oxidativo (8-oxoguanina)
- Transposones: "Genes saltarines"
Mecanismos de reparacion
- Proofreading: DNA Pol III (3'→5' exonucleasa)
- Mismatch repair: MutS/MutL reconocen desapareamientos
- NER: Remocion de nucleotidos (dimeros UV)
- BER: Escision de base danada
- NHEJ/HR: Reparacion de roturas de doble cadena
Experimentos guiados
Las mutaciones en la tercera posicion del codon (posicion wobble) tienen mayor probabilidad de ser silenciosas que en la primera o segunda posicion.
Procedimiento
- Selecciona un codon que codifica un aminoacido con alta degeneracion (Leucina, Serina)
- Introduce sustituciones sistematicas en posicion 1, 2 y 3
- Registra cuantas producen el mismo aminoacido vs. diferente
- Compara con codones de baja degeneracion (Met, Trp)
Analisis
Calcula la probabilidad de mutacion silenciosa por posicion. Relaciona con la hipotesis del "wobble" de Crick y la conservacion evolutiva de las posiciones 1 y 2.
Una insercion o delecion de nucleotidos no multiplo de 3 altera todos los aminoacidos downstream hasta encontrar un codon STOP, siendo mas severa que multiples mutaciones puntuales aisladas.
Procedimiento
- Toma una secuencia de 10 codones y traduce la proteina wild-type
- Inserta 1 nucleotido al inicio y observa el cambio completo
- Ahora inserta 2 nucleotidos — observa frameshift diferente
- Inserta 3 nucleotidos — ve que se restaura el marco (con 1 aa extra)
Analisis
Compara el numero de aminoacidos cambiados en cada caso. Reflexiona por que las inserciones/deleciones de 3n son menos daninas evolutivamente.
Una segunda mutacion puede restaurar parcialmente la funcion perdida por una mutacion inicial, si compensa estructural o funcionalmente el defecto original.
Procedimiento
- Genera una mutacion nonsense que trunca la proteina tempranamente
- Busca si alguna mutacion upstream podria crear un sitio de inicio alternativo
- Alternativamente, genera una delecion que cause frameshift
- Anade una segunda insercion/delecion que restaure el marco
Analisis
Evalua que porcentaje de la proteina original se recupera. Investiga ejemplos reales como mutaciones supresoras intrasgenicas en genetica de fagos.
Este concepto aparece en otras simulaciones
Limitaciones del modelo
- Contexto genomico: No simula efectos de cromatina, metilacion o posicion cromosomica en tasas de mutacion
- Reparacion: Omite los mecanismos de reparacion que ocurren antes de que la mutacion se fije
- Efectos epistaticos: Ignora interacciones entre multiples mutaciones en diferentes genes
- Splicing: No modela mutaciones en sitios de empalme que afectan procesamiento del RNA
Preguntas de reflexion
- Por que crees que el codigo genetico evoluciono con degeneracion principalmente en la tercera posicion?
- Si las mutaciones son la fuente de variacion para la evolucion, por que los organismos invierten tanta energia en repararlas?
- Como podria una misma mutacion ser beneficiosa en un ambiente y danina en otro? Piensa en el ejemplo de la anemia falciforme y la malaria.
- Que diferencia hay entre una mutacion germinal y una somatica en terminos de consecuencias evolutivas?