Μεταλλάξεις και γενετικές ασθένειες

Ένα γράμμα στα τρία δισεκατομμύρια

Το DNA σου είναι γραμμένο με τέσσερα «γράμματα», τις βάσεις A, T, G, C. Σε κάθε σετ χρωμοσωμάτων υπάρχουν περίπου τρία δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων.

Στο γονίδιο της αιμοσφαιρίνης — της πρωτεΐνης που μεταφέρει το οξυγόνο στα ερυθρά αιμοσφαίρια — υπάρχει ένα σημείο όπου η σειρά GAG μπορεί να έχει γίνει GTG. Ένα γράμμα αλλαγμένο. Τίποτε άλλο.

Κι όμως: σε όποιον έχει αυτή την αλλαγή και στα δύο αντίγραφα του γονιδίου, τα ερυθρά αιμοσφαίρια παίρνουν σχήμα δρεπανιού. Κολλάνε στα στενά αγγεία, σπάνε εύκολα και προκαλούν αναιμία και πόνο. Είναι η δρεπανοκυτταρική αναιμία.

Πώς ένα γράμμα αλλάζει το σχήμα ενός κυττάρου; Το γονίδιο είναι οδηγία για μια πρωτεΐνη. Η αλλαγμένη οδηγία βάζει ένα λάθος αμινοξύ σε ένα σημείο της πρωτεΐνης, και η αιμοσφαιρίνη, όταν δεν έχει οξυγόνο, κολλάει με άλλα μόρια αιμοσφαιρίνης σε μακριές ίνες που παραμορφώνουν το κύτταρο.

Τι είναι μετάλλαξη

Μετάλλαξη είναι κάθε μόνιμη αλλαγή στο DNA. Μπορεί να αφορά ένα γράμμα ή ολόκληρο χρωμόσωμα.

Από πού έρχονται οι μεταλλάξεις;

• Αυθόρμητες: κάθε φορά που ένα κύτταρο αντιγράφει το DNA του πριν από τη μίτωση, κάνει σπάνια λάθη. Τα περισσότερα τα διορθώνουν ειδικά ένζυμα· λίγα ξεφεύγουν.
• Από μεταλλαξογόνους παράγοντες: η υπεριώδης ακτινοβολία του ήλιου, οι ακτίνες Χ σε μεγάλες δόσεις, ουσίες του καπνού του τσιγάρου και άλλες χημικές ουσίες αυξάνουν τον αριθμό των μεταλλάξεων.

Τι κάνει μια μετάλλαξη; Οι περισσότερες δεν κάνουν τίποτα αισθητό, γιατί πέφτουν σε σημείο που δεν αλλάζει την πρωτεΐνη. Κάποιες είναι επιβλαβείς. Και μερικές, σπάνια, είναι χρήσιμες σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον. Όλες μαζί είναι η πρώτη πηγή της ποικιλίας ανάμεσα στους οργανισμούς — θα τη χρειαστείς στη φυσική επιλογή.

Γονιδιακές μεταλλάξεις: η μεσογειακή αναιμία

Όταν η αλλαγή αφορά ένα γονίδιο, η μετάλλαξη λέγεται γονιδιακή. Η πιο γνωστή στην Ελλάδα είναι η β-θαλασσαιμία, ή μεσογειακή αναιμία.

Στη β-θαλασσαιμία ένα αλληλόμορφο του γονιδίου της β-αλυσίδας της αιμοσφαιρίνης δεν λειτουργεί σωστά. Το αλληλόμορφο είναι υπολειπόμενο. Θα το γράψουμε θ, και Θ το φυσιολογικό:

• ΘΘ: φυσιολογικό αίμα.
• Θθ: ο άνθρωπος είναι φορέας — λέμε ότι έχει «στίγμα». Είναι υγιής· μπορεί να έχει μόνο ελαφρά μικρότερα ερυθρά αιμοσφαίρια, που φαίνονται σε μια εξέταση αίματος.
• θθ: μείζων θαλασσαιμία. Ο οργανισμός δεν φτιάχνει αρκετή λειτουργική αιμοσφαιρίνη, και ο ασθενής χρειάζεται τακτικές μεταγγίσεις αίματος για όλη του τη ζωή, συνήθως κάθε λίγες εβδομάδες.

Στην Ελλάδα περίπου $1$ στους $12$ ανθρώπους είναι φορέας. Οι περισσότεροι δεν το ξέρουν, αν δεν κάνουν την ειδική εξέταση αίματος.

Τι γίνεται όταν δύο φορείς αποκτούν παιδί; Είναι ακριβώς μια διασταύρωση του Μέντελ:

Δύο φορείς μεσογειακής αναιμίας

Θ είναι το φυσιολογικό αλληλόμορφο, θ αυτό της θαλασσαιμίας. Ξεκινάς με δύο φορείς. Άλλαξε μετά τον έναν γονέα σε ΘΘ: μπορεί να γεννηθεί παιδί με μείζονα θαλασσαιμία;

Μητέρα

ΘΘΘθθθ

Πατέρας

ΘΘΘθθθ

Γαμέτες και πιθανά παιδιά

	Θ	θ
Θ	ΘΘ	Θθ
θ	Θθ	θθ

Γονότυποι: 1/4 ΘΘ · 2/4 Θθ · 1/4 θθ

Υγεία του παιδιού: 3/4 χωρίς μείζονα θαλασσαιμία · 1/4 με μείζονα θαλασσαιμία

Σε κάθε κύηση δύο φορέων: πιθανότητα $\frac{1}{4}$ για παιδί με μείζονα θαλασσαιμία, $\frac{1}{2}$ για παιδί φορέα, $\frac{1}{4}$ για παιδί χωρίς το αλληλόμορφο. Αν ο ένας μόνο γονέας είναι φορέας, κανένα παιδί δεν μπορεί να έχει μείζονα θαλασσαιμία.

Γι' αυτό η Ελλάδα, από τη δεκαετία του 1970, οργάνωσε ένα από τα πρώτα προγράμματα πρόληψης στον κόσμο: τα ζευγάρια μπορούν να κάνουν μια απλή εξέταση αίματος και, αν είναι και οι δύο φορείς, να μιλήσουν με ειδικό γιατρό για τις επιλογές τους. Οι γεννήσεις παιδιών με μείζονα θαλασσαιμία μειώθηκαν πολύ. Και η θεραπεία βελτιώνεται: σήμερα οι ασθενείς ζουν πολύ περισσότερο από ό,τι πριν από λίγες δεκαετίες, κάποιοι θεραπεύονται με μεταμόσχευση μυελού των οστών, και έχουν αρχίσει να εφαρμόζονται και γονιδιακές θεραπείες.

Υπάρχουν και άλλες ασθένειες από υπολειπόμενη γονιδιακή μετάλλαξη, όπως η κυστική ίνωση και η φαινυλκετονουρία. Για τη φαινυλκετονουρία, κάθε νεογέννητο στην Ελλάδα ελέγχεται με μια σταγόνα αίμα από τη φτέρνα, ώστε, αν χρειαστεί, να ξεκινήσει αμέσως ειδική διατροφή.

Χρωμοσωμικές μεταλλάξεις: το σύνδρομο Down

Άλλες φορές δεν αλλάζει ένα γράμμα, αλλά ο αριθμός ή η δομή των χρωμοσωμάτων. Αυτές είναι οι χρωμοσωμικές μεταλλάξεις.

Για να τις δεις, οι γενετιστές φωτογραφίζουν τα χρωμοσώματα ενός κυττάρου τη στιγμή της διαίρεσης και τα βάζουν σε ζεύγη, από το μεγαλύτερο στο μικρότερο. Αυτή η εικόνα λέγεται καρυότυπος.

Στο σύνδρομο Down ο καρυότυπος έχει $47$ χρωμοσώματα: το χρωμόσωμα $21$ υπάρχει σε τρία αντίγραφα αντί για δύο. Γι' αυτό λέγεται και τρισωμία 21.

Πώς γίνεται; Στη μείωση, τα δύο χρωμοσώματα $21$ πρέπει να πάνε σε διαφορετικούς γαμέτες. Μερικές φορές δεν διαχωρίζονται, και ένας γαμέτης παίρνει δύο. Αν γονιμοποιηθεί, το ζυγωτό έχει τρία. Η πιθανότητα αυξάνεται με την ηλικία της μητέρας, αλλά μπορεί να συμβεί σε κάθε ηλικία.

Το σύνδρομο Down εμφανίζεται περίπου σε $1$ στις $700$ έως $1000$ γεννήσεις. Συνοδεύεται από κάποια μαθησιακή δυσκολία, διαφορετική από άνθρωπο σε άνθρωπο, και συχνά από προβλήματα υγείας που σήμερα αντιμετωπίζονται. Οι άνθρωποι με σύνδρομο Down πηγαίνουν σχολείο, δουλεύουν, αθλούνται, και ζουν πολύ περισσότερο από ό,τι παλιότερα.

Άλλα παραδείγματα αφορούν τα φυλετικά χρωμοσώματα: στο σύνδρομο Turner μια γυναίκα έχει ένα μόνο X ($45$ χρωμοσώματα), και στο σύνδρομο Klinefelter ένας άνδρας έχει XXY ($47$).

Γονιδιακή ή χρωμοσωμική;

Για κάθε κατάσταση, σκέψου: άλλαξε ένα γονίδιο ή άλλαξε ο αριθμός των χρωμοσωμάτων;

Τι άλλαξε;

β-θαλασσαιμία

Γονιδιακή μετάλλαξηΧρωμοσωμική μετάλλαξη

0 / 8

Ας το κάνουμε μαζί

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση