الطفرات Mutations

قد تعدل المعلومات في الكروموسوم chromosome عبر تغيير دائم في DNA، والذي يسمى طفرة mutation. في معظم الحالات، تتضمن الطفرة إختلال في تسلسل القواعد النيتروجينية nitrogenous base sequence في جزيء DNA. من هذا الإختلال، يمكن أن يحدث إنتاج mRNA سيئة التشفير miscoded، وبالتالي إدخال واحد أو أكثر من الأحماض الأمينية amino acids الغير صحيحة في عديد الببتيد polypeptide أثناء الترجمة translation. لأن البروتينات proteins تحكم العديد من الأنشطة الخلوية cellular activities، قد تعدّل الطفرات بعض جوانب هذه الأنشطة — إلى الأفضل أو الأسوأ.

1- الطفرات التلقائية Spontaneous mutations

الطفرات التلقائية هي تغيرات وراثية heritable changes في تسلسل القواعد في DNA والتي تنتج عن ظواهر طبيعية natural phenomena. يمكن أن تكون هذه التغييرات من الإشعاع اليومي الذي يخترق الغلاف الجوي atmosphere أو الأخطاء errors المعمولة التي لم تصحح من قبل إنزيم بلمرة DNA الثالث DNA polymerase III أثناء التضاعف replication. يقدر أنه قد تحدث طفرة واحدة مثل هذه في كل 10⁶ إلى 10¹⁰ انقسام للخلية الميكروبية.

تخفى الخلية الطافرة mutant cell الناجمة عن الطفرة التلقائية عادة من قبل خلايا النمط البري wild type cells العادية في العشيرة population (النمط البري wild type: هو الشكل الشائع أو الأصلي من الجين أو الكائن الحي). ومع ذلك، في حالة وجود بعض العوامل التي تنجو منها الطافرة، فإنها قد تتكاثر وتظهر كأنها الشكل السائد predominant form. لعقود عديدة، على سبيل المثال، استخدم الأطباء البنسلين penicillin لعلاج السيلان gonorrhea. بعد ذلك، في عام 1976، ظهرت سلالة مقاومة للبنسلين penicillin-resistant strain من نيسيريا جونوري Neisseria gonorrhoeae في البشر. يعتقد كثير من المحققين ان السلالة البكتيرية المقاومة كانت موجودة ربما لقرون، ولكن الآن فقط مع الاستخدام المكثف للبنسلين يمكنها أن تنشأ وتملأ العش niche الذي كانت تحتله الأشكال الحساسة للبنسلين penicillin-sensitive forms.

2- الطفرات المستحثة induced mutations

معظم فهمنا للطفرات أتى من التجارب التي ولد فيها العلماء الطفرات عمدا. تنتج هذه الطفرات المستحثة بواسطة عوامل كيميائية أو فيزيائية chemical or physical agents تسمى المطفرات mutagens.

أ- المطفرات الفيزيائية Physical Mutagens

الأشعة فوق البنفسجية Ultraviolet light (UV) هي مطفر فيزيائي تستحث طاقته قواعد الثيامين thymine (أو السيتوسين cytosine) المتجاورة في DNA لترتبط معاً تساهمياً covalently لتشكّل ثنائيات (دايمر) dimers. إذا كانت هذه الثنائيات dimers توجد في الجين المشفر للبروتين protein-coding gene،فإن إنزيم RNA polymerase لا يمكن أن يدخل القواعد الصحيحة (A — A) في جزيئات mRNA حيث توجد الثنائيات dimers.

ب- المطفرات الكيميائية Chemical Mutagens

حمض النيتروز Nitrous acid هو مثال لمطفر كيميائي يحول قواعد الأدينين adenine bases في DNA إلى قواعد الهيبوزانتين hypoxanthine bases. الأدينين عادة يقترن قاعدياً مع الثيامين، ولكن وجود الهيبوزانثين يسبب اقتران قاعدي مع السيتوسين بعد التضاعف. لاحقا، في حالة حدوث التضاعف من الجين بطفرة السيتوسين، فإن mRNA سوف يحتوي على الجوانين guanine بدلا من الأدنين.

تستحث الطفرات أيضا عن طريق نظائر القواعد base analogs، مثل 5-برومو يوراسيل 5-bromouracil، الذي يحمل تشابه كيميائي قريب إلى الثيامين. أثناء التضاعف، يمكن أن يقترن نظير القاعدة مع الأدينين عندما يجب أن يكون الثيامين موجود.

تشبه نظائر قواعد أخرى قواعد DNA الأخرى وهي مفيدة كعوامل مضادة للفيروسات antiviral agents في علاج الأمراض diseases التي تسببها فيروسات DNA، مثل فيروسات الهربس herpesviruses. الأسيكلوفير Acyclovir، على سبيل المثال، هو نظير قاعدي يمكن أن يحل محل الجوانين أثناء التضاعف الفيروسي viral replication. يعيق وجود الأسيكلوفير التضاعف الفيروسي، لذلك لا يمكن أن تنتج جزيئات فيروسية جديدة. على هذا النحو، العلاج بالأسيكلوفير يمكن أن يكون فعال في تقليل وتيرة وحدة بثور الحمى fever blisters (القروح الباردة cold sores).