Mutasjon, varig forandring i en organismes arvestoff. Det forandrede individet betegnes en mutant.

Mutasjoner danner grunnlaget for den arvelige variasjonen som de andre evolusjonskreftene (seleksjon, migrasjon og tilfeldigheter) virker på, og er forutsetningen for all biologisk evolusjon

Mutasjoner kan inntreffe spontant eller skyldes ytre påvirkninger. Hos organismer som formerer seg ved deling, for eksempel bakterier, overføres enhver mutasjon til neste generasjon. Men hos organismer med kjønnet formering vil bare de mutasjonene som rammer kjønnscellene kunne overføres til neste generasjon. 

De fleste mutasjoner vil treffe i ikke-kodende DNA og således være nøytrale: de har verken positive eller negative konsekvenser. Noen mutasjoner vil likevel ha utviklingsmessige fordeler og kunne gi individet en fordel i forhold til den opprinnelige utgaven av genet og dermed langsomt øke i befolkningen. Andre typer mutasjoner vil kunne være skadelige for individet og langsomt tapes i befolkningen.

Man skjelner mellom to hovedtyper av mutasjon: genmutasjon og kromosommutasjon.

En genmutasjon er en forandring av et enkelt gen (arveanlegg). Et gen består av en del av et DNA-molekyl. Den minste mutasjonen består i en utbytting av en nitrogenbase med en annen. Større genmutasjoner er duplikasjoner eller tap (delesjon) av et molekylavsnitt eller andre forandringer av rekkefølgen av basene over et lengre avsnitt (inversjon eller translokasjon).

En mutasjon i et gen innebærer at rekkefølgen av nitrogenholdige baser i dets DNA er forandret. Dette kan skje ved at enkeltbaser utbyttes, eller ved at én eller flere baser settes inn eller tas ut. Siden den genetiske informasjonen som ligger i basesekvensen i DNA, blir «avlest» i enheter på tre baser (tripletter), der hver enhet er kodeord for en aminosyre, vil bortfall eller tilføying av bare én eneste base kunne føre til en omfattende forandring i den «oppskriften» for proteinsammensetning som genet inneholder. Forskyvningen i «avlesningsmønsteret» kan føre til at det ikke dannes noe protein i det hele tatt, eller til at det dannes et svært forandret protein som ikke har normal struktur og funksjon.

Den genetiske informasjonen bestemmes av rekkefølgen av nitrogenholdige baser i DNA etter et system, den genetiske kode. Når en base i genets DNA blir byttet ut med en annen, kalles det en basesubstitusjon, og vil bare ramme den DNA-triplett der den utbyttede basen finnes. Dersom for eksempel basetripletten AAA ble forandret til GAA, ville en annen aminosyre komme på det aktuelle stedet. Hvis aminosyresubstitusjonen ikke fører til for store forandringer i den tredimensjonale strukturen i et funksjonelt viktig område av proteinet, vil dette kunne utøve sin funksjon på normal eller tilnærmet normal måte.

Dersom en triplett som koder for en bestemt aminosyre ble endret til et avsluttende kodeord (stoppkodon), ville kjeden av aminosyrer bli avsluttet på dette stedet. Et sterkt forandret protein kan dermed dannes, og hvis avbruddet skjer tilstrekkelig tidlig i aminosyrerekken, vil det ikke dannes protein som man er i stand til å påvise.

Genmutasjon kan føre til at det opptrer helt nye egenskaper hos en organisme. Men mange mutasjoner kommer ikke til uttrykk på proteinnivå, blant annet fordi flere ulike kodoner koder for én og samme aminosyre.

De forskjellige utgaver av et gen som oppstår ved mutasjon, kaller vi alleler. Vi har for eksempel allelene IA, IB og IO, som kontrollerer blodtypene A, B og O. Mutasjon kan foregå fra ett allel til et annet eller i motsatt retning (tilbakemutasjon), men mutasjonsfrekvensene kan være forskjellige.

Selv om mutante alleler har skadelige virkninger, kan de likevel oppnå å få en viss utbredelse blant organismene. En lang rekke arvelig betingede sykdommer hos mennesket skyldes muterte arveanlegg. Vi kan regne at hver enkelt av oss bærer i gjennomsnitt fire til fem forskjellige skadelige recessive gener i våre kromosomer (egentlig letale ekvivalenter, det vil si et recessivt letalgen eller en genkombinasjon med letal virkning). For eksempel er omtrent hvert 60. menneske i Norge bærer av et gen for Føllings sykdom (fenylketonuri). Men fordi genet er recessivt, må man ha to utgaver av genet for å få sykdommen.

Kromosommutasjoner, eller kromosomaberrasjoner, er forandringer i kromosomenes antall eller struktur. Numeriske kromosommutasjoner kan bestå av en økning i antall kromosomsett (polyploidi). Den diploide spinatplanten har 12 kromosomer (haploid tall 6), mens den tetraploide, som har større og grovere blad, har 24 kromosomer. Vanlig, diploid osp har 38 kromosomer, mens den triploide kjempeospen har 57 kromosomer. I evolusjonen av mange plantearter har kromosomfordoblinger spilt en viktig rolle, og kunstig polyploidisering (blant annet ved hjelp av stoffet colchicin) er utnyttet i planteforedling. Polyploide planter kan være større enn sine diploide slektninger. Dersom bare enkelte kromosomer opptrer i avvikende antall, har vi aneuploidi, for eksempel monosomi (et kromosom mangler), eller trisomi (et kromosom for meget).

Strukturelle kromosommutasjoner kan oppstå ved kromosombrudd. De kan bestå i tap (delesjon) eller duplikasjon av et kromosomavsnitt, i at et kromosomstykke blir snudd (inversjon), flytting av et kromosomstykke innenfor samme kromosom eller utbytting av deler mellom ulike kromosomer (translokasjon).

Også kromosommutasjon kan føre til en forandring i individets egenskaper. De omfatter alltid et stort antall gener. Kromosommutasjon forandrer ikke arvestoffets kvalitet, bare kvantiteten. Omkring fem prosent av alle påbegynte svangerskap hos mennesket har en kromosommutasjon (4,5 prosent ender som spontane aborter, 0,6 prosent blir født med kromosomavvik, for eksempel Downs syndrom). Om lag halvparten av alle spontane aborter skyldes en kromosommutasjon.

Mutasjon foregår i alle celler. Men genene er meget stabile, og mutasjoner er sjeldne begivenheter. Mutasjonsfrekvensen for en del gener hos forskjellige organismer fremgår av oppstillingen. Tallene for mutasjonsfrekvens hos mennesket er sikkert lavere for de fleste gener. Det er de høyeste frekvensene som er lettest å påvise og som derfor først er blitt målt. Frekvenser på én av én million kjønnsceller eller lavere er antagelig de vanligste. Mutasjonsfrekvenser for recessive mutasjoner hos mennesket kan bare beregnes indirekte, hvilket gir meget usikre tall. Mutasjonsfrekvensen er ikke den samme for alle gener, men man regner allikevel mutasjoner for å være tilfeldige hendelser. Det er fordi mutasjonene oppstår helt uavhengig av hvilken effekt de har på organismen – hvor fordelaktige de vil være.

Skjer en mutasjon i celler som senere er med på å danne kjønnsceller (eller sporer), vil mutasjon også forekomme i neste individgenerasjon (kimbanemutasjon). Mutasjon i kroppsceller (somatisk mutasjon) vil bare få betydning for det enkelte individ. Mutasjonsteorien for kreft sier at ondartede svulster skyldes somatisk mutasjon. Mange mener også at alderdomsdefekter i en organisme kan skyldes somatisk mutasjon.

Spontan mutasjon foregår hos alle organismer. Men det er også mulig å fremkalle mutasjoner (induserte mutasjoner) ved visse midler (mutagener): ioniserende og ultrafiolett stråling, mange kjemiske stoffer og dessuten varme.

Alle organismer utsettes i vår tid for et miljø med en økende mutagen virkning: økt bruk av medikamenter, giftstoffer i landbruk og industri, produksjon og behandling av næringsmidler, økt bruk av ioniserende og annen stråling. Denne endringen i vårt miljø vil øke utbredelsen av arvelig betinget sykdom og annen sykdom som kan skyldes mutasjoner i kroppens celler (kreft, hjerte-kar-sykdom). Av disse mutasjonsbelastningene er ioniserende stråling den vi har best mål for, og derfor har man forsøkt å beregne hvor stor stråledose som skal til for å fordoble den spontane mutasjonsfrekvensen. Generelt kan bare angis en viss størrelsesorden, fordi frekvensen vil avhenge av om strålingsdosen gis over lang eller kort tid og hvilke celler som mottar dosen (kimceller, utviklingsstadier eller modne egg eller spermier). Doblingsdosen for mennesket er beregnet til 1,7–2,2 Sv (sievert). Den naturlige bakgrunnsstrålingen gir 0,03–0,04 Gy (gray) over 30 år, som er den generasjonstid arvelighetsforskere bruker i sine beregninger.

Teorien om mutasjoner førte til oppklaring av et motsetningsforhold mellom darwinistisk utviklingslære og mendelsk genetikk. Charles Darwins idé om utvikling (evolusjon) bygde på at plante- og dyreartene kunne forandre seg fra generasjon til generasjon. Gregor Mendels arveregler uttrykte derimot at arvefaktorene er uforandret ned gjennom generasjonene. Løsningen på dette dilemmaet brakte Hugo de Vries (1901) med sin mutasjonsteori. Han studerte mutanter av nattlys (Oenothera). Mutasjonsteorien ble særlig støttet ved Thomas H. Morgan og hans medarbeideres utforskning av bananfluer. I 1926 oppdaget Hermann J. Muller at røntgenstråler kan indusere mutasjon. Kjemiske stoffers mutagene virkning ble oppdaget av Charlotte Auerbach og Friedrich Oehlkers 1943. Da man ble klar over arvestoffets natur og funksjon, ble det også klart at mutasjon måtte bety en forandring i basesammensetningen i DNA-molekylet.

Genetikk er studiet av variasjon i organismenes egenskaper. Ved mutasjon kan man øke variasjonen i meget betydelig grad. Mutasjonsforskning har derfor gitt vesentlige bidrag til genetikkens utvikling, spesielt molekylær genetikk.

Mutasjonsforskningen arbeider i dag også med å avsløre mutagener, blant annet med sikte på å beskytte mennesket så vel som andre organismer mot påvirkning fra mutagener i miljøet. En egen forening er opprettet med dette formål, European Environmental Mutagen Society.

ORGANISME
Egenskap bestemt av mutasjon Spontan mutasjonsfrekvens
VIRUS (BAKTERIOFAG T2)
Hemming av bakterieoppløsende evne 1 per 100 mill. bakteriofager
COLIBAKTERIE
Melkesukkerspaltende evne 2 per 10 mill. bakterier
MAIS
Rynkede frø 0,1 per mill. kjønnsceller
BANANFLUE
Hvite øyne 0,4 per mill. kjønnsceller
Spontan mutasjonsfrekvens per millioner kjønnsceller
Dominante mutasjoner
Chondrodystrof veksthemning 6–14
Tuberøs sklerose 6–10
Mangel på iris 2,9–5
Muskeldystrofi (myotoni), dominant 8–11
Huntingtons sykdom (Setesdalsrykkja) 2
Epidermolyse, dominant 1
X-bundne mutasjoner
Muskeldystrofi
Duchenne 35–92
Becker 1–2
Blødersykdom
Hemofili A 32–57
Hemofili B 2–3
Hypogammaglobulinemi 3–5

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

13. mars skrev Fred Andersen

Hei
Jeg viser til følgende tekst: "Noen mutasjoner vil likevel ha utviklingsmessige fordeler og kunne gi individet en fordel i forhold til den opprinnelige utgaven av genet og dermed langsomt øke i befolkningen"
Kan du vise meg et eneste dokumentert eksempel på denne påstanden, da tenker jeg i første rekke i humanmedisinen og ikke nødvendigvis på resistensutvikling hos bakterier eller andre laverestående organismer der epigenetiske mekanismer sannsynligvis er de viktigste.

Med vennlig hilsen

Fred Andersen MD PhD

14. mars svarte Erik Dissen

Det er svært mange vitenskapelige holdepunkter for molekylær evolusjon, og at genvarianter (som jo oppstår ved mutasjoner) er gjenstand for naturlig seleksjon som påvirker hvor ofte disse genvariantene opptrer i populasjoner. Det er lettere å finne sterke bevis for dette ved å sammenligne gener i nært beslektede arter, men også innenfor arten homo sapiens er det sterke vitenskapelige holdepunkter for naturlig seleksjon av genvarianter. Det er selvfølgelig ikke mulig å vise dette eksperimentelt i menneske, men studier av DNA fra nålevende mennesker i ulike deler av verden og DNA fra mennesker som levde for flere århundrer siden viser forskjeller og endringer som passer med molekylær evolusjon. Spørsmålet blir hva du mener med et dokumentert eksempel. Et godt og dagsaktuelt eksempel er genet CCR5. Personer med sjeldne mutasjoner/varianter i dette genet er motstandsdyktige mot HIV-infeksjon, fordi HIV-viruset benytter CCR5-proteinet for å infisere våre celler. Det er åpenbart, gitt høy dødelighet av ubehandlet HIV, at denne genvarianten over tid vil øke i forekomst i befolkningen. Det finnes tallrike andre eksempler på genvarianter som enten medfører en fordel eller medfører tidlig død eller infertilitet.

14. mars skrev Fred Andersen

Iboende resistens mot en rekke infeksjonssykdommer har vært kjent lenge, ikke bare mot HIV/AIDS, og da ikke bare som en følge av et sensibilisert immunforsvar og antistoffdannelse. Dette er en evigvarende interaksjon mellom mikroorganismer og deres vertsorganismer. Å kalle dette for en evolusjon blir vel å trekke fakta litt for langt. Det vi virkelig vet noe om er hva mutasjoner kan medføre av sykdommer, sykdomsdisposisjon og misdannelser hos mennesker. Her er dokumentasjonen enorm. Noe belegg for påstanden "Noen mutasjoner vil likevel ha utviklingsmessige fordeler og kunne gi individet en fordel i forhold til den opprinnelige utgaven av genet og dermed langsomt øke i befolkningen" har vi pr dags dato ikke. Jeg mener derfor det er drøyt å la den bli stående ureflektert i et norsk leksikon.
Vennlig hilsen
Fred Andersen, MD PhD
Førsteamanuensis ved UiT frem til årsskiftet, nå em

16. mars svarte Kjetil Lysne Voje

Hei,
Mutasjonen(e) som gjør at voksne mennesker opprettholder evnen til å bryte ned laktose i voksen alder er et eksempel på en ny genutgave som har spredt seg som en konsekvens av naturlig utvalg i menneskepopulasjonen. Globalt er de færreste voksne mennesker i stand til å bryte ned laktose veldig effektivt, men punktmutasjoner i gener som kontrollerer utrykket av genet LCT (laktase-genet) har spredt seg i deler av menneskepopulasjonen de siste tusener av år. Da mennesket spredte seg nordover etter siste istid bosatte mange seg i områder der klimatiske forhold begrenset hvilke planter det var mulig å dyrke, og dermed livnære seg av. De menneskene som tålte å drikke melk fra husdyr hadde derfor en selektiv fordel. Det foreløpige resultatet av denne naturlige seleksjonen av evnen til å være laktosetolerant i voksen alder kan vi se i dag: I Nord-Europa er store deler av befolkningen laktosetolerant, mens i andre deler av verden (f.eks. Asia) er andelen langt lavere.

16. mars skrev Fred Andersen

Takk for svaret.
Laktosetoleranse/intoleranse er velkjent i klinisk praksis, også i nord, evolusjonshypotesene knyttet til disse tilstandene likeså. Det påfallende er at her nord, i skjæringspunktet mellom norsk og samisk etnisitet er laktoseintoleranse relativt hyppig. Her tolker evolusjonshypotesen økt prevalens av laktoseintoleranse som en konsekvens av at den sirkumpolare bosetning ikke hadde melkeprodukter, men i hovedsak levde av animalsk fett og proteiner (kjøtt og fisk), altså en hypotese i ganske diametral motsetning til det som forrige tilsvar bringer til torgs.
Spekulasjonene rundt folkevandringene og særlig en etnisk blanding mellom neandertalere fra Kaukasus og mennesker fra det afrikanske kontinent ekspanderende vest- og nordover i prehistorisk tid, er et yndet populærvitenskapelig tema, i hovedsak drevet av evolusjonsteoretikere uten mye faktabasert innsikt (jamfør G. Cochran and H Harpending; The 10,000 Year Explosion – How Civilization Accelerated Human Evolution, 2009), der evolusjon blir forklaringen på alt.

Men kanskje er det ikke helt så enkelte. Det fantes også mennesker på andre kontinenter med høyverdige kulturelle uttrykk samtidig med det man definerer som neandertaleren fra Kaukasus. Arkeologiske utgravinger med omfattende karbondateringer viser at kulturen til Australias aboriginere er 40 000 gammel, en kultur som i en viss forstand hadde stått stille på et relativt høyverdig nivå i 40 000 år frem til 1770 – 1788, i den perioden James Cook erklærte Australia som britisk territorium og terra nullius (C Bourke, E Bourke and B Edwards; Aboriginal Australia, University of Queensland Press, 2001). Hvorfor skjedde det i så liten grad en human evolusjon på dette kontinentet?
Spørsmålet blir i dypeste forstand hva som er drivkraften bak evolusjonen og hvordan man definerer begrepet «naturlig utvalg»? I hvor stor grad er naturlig utvalg en følge av epigenetiske mekanismer, og i hvor stor grad er det en følge av spontane, planløse og tilfeldige mutasjoner?
M.K Skinner et al har definert epigenetikk som «molecular processes around DNA that regulate genome activity independent of DNA sequence and are mitotically stable». Forfatterne legger til “Some epigenetic processes are also meiotically stable and are transmitted through the germline”. (M.K Skinner et al; Epigenetics and the Evolution of Darwin`s Finchs. Genome Biol. Evoul. 6(8); 1972-1989 July 24 2014). Det arbeidet som ligger bak denne artikkelen, viser til overmål at et av Charles Darwins beste argumenter for sin teori – finkene på Galapagos – snarere beviser at Jean-Baptiste Lamarck hadde rett og ikke Darwin. Kanskje er ikke de spontane og tilfeldige mutasjonene så viktige for evolusjonen? I humanmedisinen vet vi at mutasjoner uten unntak gir skader på genomet som ikke er forenelig med liv, skaper misdannelser, sykdommer eller sykdomsdisposisjon.
Det er mye som taler for at vi står overfor et paradigmeskifte når det gjelder forståelsen av evolusjon. Derfor er det svært uheldig at utsagnet "Noen mutasjoner vil likevel ha utviklingsmessige fordeler og kunne gi individet en fordel i forhold til den opprinnelige utgaven av genet og dermed langsomt øke i befolkningen" blir stående ureflektert i et norsk leksikon. For utsagnet er ikke faktabasert.
Vennlig hilsen
Fred Andersen

20. mars svarte Thale Kristin Olsen

Kjære Fred Andersen. Vi har kommet med to gode eksempler på hvordan mutasjoner hos menneskearten kan ha helsemessige fordeler som kan bre seg gjennom naturlig utvalg. Våre fagansvarlige på evolusjonsbiologi og molekylærbiologi har inntatt det samme ståsted, og det er et ståsted som har bred faglig støtte. Kunnskapen vår om evolusjonen viser at ting som tilsynelatende er i ro alltid er i bevegelse. Det samme gjelder vitenskapen. Vi ser med entusiasme frem mot de nye oppdagelser som gjøres i epigenetikken og de konsekvensene dette får for hvordan vi skal forstå evolusjonære mekanismer. Men debatten om dette må føres i fagtidsskriftene på bakgrunn av evidensbasert forskning. Leksikonet skal reflektere de sannhetene det til enhver tid er bred enighet om i forskningsmiljøene. Men om det stemmer det du skriver, at vi står foran et paradigmeskifte, så går vi spennende tider i møte, og om vi da får tilstrekkelig med dokumentasjon på at våre beskrivelser ikke holder mål, så skal vi med glede imøtekomme dine innspill.

Hilsen Kjell-Olav Hovde og Thale Kristin Olsen, redaktører for henholdsvis evolusjonsbiologi og molekylærbiologi

20. mars skrev Fred Andersen

Til redaksjonen for molekylærbiologi
Takk for de kommentarer og svar dere har gitt meg! Jeg har forståelse for og aksepterer det standpunktet som kommer til uttrykk i den siste kommentaren og er glad for enigheten om at vi går spennende tider i møte når det gjelder videre forskning knyttet til hva som driver evolusjonen.
Vennlig hilsen
Fred Andersen

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.