Información

20.1: Tipos de mutaciones - Biología

20.1: Tipos de mutaciones - Biología


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Las mutaciones (cambios en la secuencia de un gen) pueden resultar en alelos mutantes que ya no producen el mismo nivel o escribe de producto activo como el alelo de tipo salvaje. Cualquier alelo mutante se puede clasificar en uno de cinco tipos: (1) amorfo, (2) hipomorfo, (3) hipermorfo, (4) neomorfo y (5) antimorfo.

  • Amorph los alelos están completamente perdidos. Ellos hacen sin producto activo - función cero. La ausencia de función puede deberse a una falta de transcripción (mutación de regulación génica) o debido a la producción de un producto defectuoso (mutación codificante de proteínas). A veces también se les conoce como Nulo alelo.
  • Hipomorfo Los alelos son solo una pérdida parcial de función. Hacen un producto que funciona de manera incompleta. Esto podría ocurrir mediante una transcripción reducida o mediante la producción de un producto que carece de actividad completa. Estos alelos a veces se denominan Agujereado mutaciones, porque proporcionan alguna función, pero no la función completa.

Tanto los amorfos como los hipomorfos tienden a ser recesivos al tipo salvaje porque el alelo del tipo salvaje suele ser capaz de suministrar suficiente producto para producir un fenotipo de tipo salvaje (llamado haplouficiente; véase el capítulo 6). Si el alelo mutante no es suficiente haplo, entonces será dominante sobre el tipo salvaje.

Mientras que las dos primeras clases implican pérdida de función, los dos siguientes implican un ganancia de función - cantidad o calidad. Los alelos de ganancia de función casi siempre son dominantes sobre el alelo de tipo salvaje.

  • Hypermorph Los alelos producen más del mismo producto activo. Esto puede ocurrir mediante una mayor transcripción o cambiando el producto para hacerlo más eficiente / efectivo en su función.
  • Neomorfo Los alelos producen un producto activo con una función nueva y diferente, algo que el alelo de tipo salvaje no hace. Puede ser una nueva expresión (nuevo tejido o tiempo) o una mutación en el producto para crear una nueva función (sustrato adicional o nuevo sitio de unión), no presente en el producto de tipo salvaje.

Antimorfo Los alelos son relativamente raros y tienen una actividad dominante y opuesta a la función de tipo salvaje. Estos alelos generalmente no tienen una función normal por sí mismos e interfieren con la función del alelo de tipo salvaje. Por tanto, cuando un alelo antimorfo es heterocigoto con el tipo salvaje, se reduce la función del alelo del tipo salvaje. Si bien a nivel molecular hay muchas formas en que esto puede suceder, el modelo más simple para explicar el efecto antimorfo es que el producto actúa como un dímero (o cualquier multímero) y una subunidad mutante envenena todo el complejo. Los antimorfos también se conocen como mutaciones negativas dominantes.

Identificación de las transformaciones de Muller - Todas las mutaciones se pueden clasificar en uno de los cinco morfos en función de cómo se comportan cuando son heterocigotos con otros alelos: alelos de deleción (función cero), alelos de tipo salvaje (función normal) y alelos de duplicación (función normal doble).


Mutación puntual

Una mutación puntual es un tipo de mutación en el ADN o ARN, el material genético de la célula, en el que se agrega, elimina o cambia una base de un solo nucleótido. El ADN y el ARN están compuestos por muchos nucleótidos. Hay cinco moléculas diferentes que pueden formar bases nitrogenadas en nucleótidos: citosina, guanina, adenina, timina (en ADN) y uracilo (en ARN), abreviadas C, G, A, T y U. La secuencia específica de nucleótidos codifica toda la información para llevar a cabo todos los procesos celulares. En general, una mutación es cuando un gen se altera a través de un cambio en la estructura del ADN, esto puede referirse incluso a secciones enteras de cromosomas. Una mutación puntual es específicamente cuando solo se cambia una base de nucleótidos de alguna manera, aunque pueden ocurrir múltiples mutaciones puntuales en una hebra de ADN o ARN.


Contenido

Los primeros enfoques de la mutagénesis se basaban en métodos que producían mutaciones completamente aleatorias. En tales métodos, las células u organismos se exponen a mutágenos tales como radiación UV o sustancias químicas mutagénicas, y luego se seleccionan mutantes con las características deseadas. Hermann Muller descubrió en 1927 que los rayos X pueden causar mutaciones genéticas en las moscas de la fruta, [6] y pasó a utilizar los mutantes que creó para sus estudios de genética. [7] Para Escherichia coli, los mutantes pueden seleccionarse primero mediante exposición a radiación UV y luego sembrarlos en un medio de agar. A continuación, las colonias formadas se reproducen en placas, una en un medio rico, otra en un medio mínimo, y los mutantes que tienen requisitos nutricionales específicos pueden identificarse por su incapacidad para crecer en el medio mínimo. Pueden repetirse procedimientos similares con otros tipos de células y con diferentes medios para la selección.

Posteriormente, se desarrollaron varios métodos para generar mutaciones aleatorias en proteínas específicas para detectar mutantes con propiedades interesantes o mejoradas. Estos métodos pueden implicar el uso de nucleótidos dopados en la síntesis de oligonucleótidos o la realización de una reacción de PCR en condiciones que mejoran la incorporación errónea de nucleótidos (PCR propensa a errores), por ejemplo, reduciendo la fidelidad de replicación o usando análogos de nucleótidos. [8] Una variación de este método para integrar mutaciones no sesgadas en un gen es la mutagénesis por saturación de secuencias. [9] Los productos de PCR que contienen mutación (es) se clonan luego en un vector de expresión y las proteínas mutantes producidas se pueden caracterizar.

En estudios con animales, los agentes alquilantes como norte-etilo-norte-nitrosourea (ENU) se han utilizado para generar ratones mutantes. [10] [11] El metanosulfonato de etilo (EMS) también se usa a menudo para generar mutantes de animales, plantas y virus. [12] [13] [14]

En una ley de la Unión Europea (como la directiva 2001/18), este tipo de mutagénesis puede usarse para producir OGM, pero los productos están exentos de la regulación: sin etiquetado, sin evaluación. [15]

Antes de las técnicas de mutagénesis dirigida al sitio de desarrollo, todas las mutaciones realizadas eran aleatorias y los científicos tenían que utilizar la selección del fenotipo deseado para encontrar la mutación deseada. Las técnicas de mutagénesis aleatoria tienen una ventaja en términos de cuántas mutaciones se pueden producir; sin embargo, mientras que la mutagénesis aleatoria puede producir un cambio en un solo nucleótido, no ofrece mucho control sobre qué nucleótido se está cambiando. [5] Por lo tanto, muchos investigadores buscan introducir cambios seleccionados en el ADN de una manera precisa y específica del sitio. Los primeros intentos utilizan análogos de nucleótidos y otras sustancias químicas se utilizaron por primera vez para generar mutaciones puntuales localizadas. [16] Estos productos químicos incluyen aminopurina, que induce una transición de AT a GC, [17] mientras que la nitrosoguanidina, [18] bisulfito, [19] y N 4 -hidroxicitidina pueden inducir una transición de GC a AT. [20] [21] Estas técnicas permiten que mutaciones específicas se conviertan en una proteína; sin embargo, no son flexibles con respecto a los tipos de mutantes generados, ni son tan específicas como los métodos posteriores de mutagénesis dirigida al sitio y, por lo tanto, tienen algún grado de aleatoriedad. Con otras tecnologías, como la escisión del ADN en sitios específicos del cromosoma, la adición de nuevos nucleótidos y el intercambio de pares de bases, ahora es posible decidir dónde pueden ir las mutaciones. [11] [8]

Las técnicas actuales para la mutación específica de sitio se originan a partir de la técnica de extensión de cebadores desarrollada en 1978. Tales técnicas comúnmente implican el uso de oligonucleótidos mutagénicos prefabricados en una reacción de extensión de cebadores con ADN polimerasa. Este método permite la mutación puntual o la deleción o inserción de pequeños tramos de ADN en sitios específicos. Los avances en la metodología han hecho que dicha mutagénesis sea ahora un proceso relativamente simple y eficiente. [3]

Se están desarrollando constantemente métodos más nuevos y eficientes de mutagénesis dirigida al sitio. Por ejemplo, una técnica denominada "extracto de clonación de ligación sin fisuras" (o SLiCE para abreviar) permite la clonación de ciertas secuencias de ADN dentro del genoma, y ​​se puede insertar más de un fragmento de ADN en el genoma a la vez. [2]

La mutagénesis dirigida al sitio permite investigar el efecto de una mutación específica. Existen numerosos usos, por ejemplo, se ha utilizado para determinar qué tan susceptibles eran ciertas especies a los productos químicos que se utilizan a menudo en los laboratorios. El experimento utilizó mutagénesis dirigida al sitio para imitar las mutaciones esperadas de la sustancia química específica. La mutación resultó en un cambio en aminoácidos específicos y se analizaron los efectos de esta mutación. [3]

El enfoque dirigido al sitio puede realizarse de forma sistemática en técnicas tales como mutagénesis de exploración de alanina, mediante la cual los residuos se mutan sistemáticamente a alanina para identificar residuos importantes para la estructura o función de una proteína. [22] Otro enfoque integral es la mutagénesis por saturación de sitios en la que un codón o un conjunto de codones pueden sustituirse por todos los aminoácidos posibles en las posiciones específicas. [23] [24]

La mutagénesis combinatoria es una técnica de ingeniería de proteínas dirigida al sitio mediante la cual se pueden diseñar simultáneamente múltiples mutantes de una proteína basándose en el análisis de los efectos de mutaciones individuales aditivas. [25] Proporciona un método útil para evaluar el efecto combinatorio de un gran número de mutaciones en la función de las proteínas. [26] Se puede cribar un gran número de mutantes para una característica particular mediante análisis combinatorio. [25] En esta técnica, múltiples posiciones o secuencias cortas a lo largo de una cadena de ADN pueden modificarse exhaustivamente para obtener una biblioteca completa de proteínas mutantes. [25] La tasa de incidencia de variantes beneficiosas se puede mejorar mediante diferentes métodos para construir bibliotecas de mutagénesis. Un enfoque de esta técnica es extraer y reemplazar una parte de la secuencia de ADN con una biblioteca de secuencias que contiene todas las combinaciones posibles en el sitio de mutación deseado. El contenido del segmento insertado puede incluir secuencias de importancia estructural, propiedad inmunogénica o función enzimática. También se puede insertar un segmento al azar en el gen para evaluar la importancia estructural o funcional de una parte particular de una proteína. [25]

La inserción de uno o más pares de bases, que resulta en mutaciones del ADN, también se conoce como mutagénesis por inserción. [27] Las mutaciones de ingeniería como estas pueden proporcionar información importante en la investigación del cáncer, como conocimientos mecánicos sobre el desarrollo de la enfermedad. Los retrovirus y transposones son las principales herramientas instrumentales en la mutagénesis de inserción. Se pueden utilizar retrovirus, como el virus del tumor de mamíferos del ratón y el virus de la leucemia murina, para identificar genes implicados en la carcinogénesis y comprender las vías biológicas de cánceres específicos. [28] Los transposones, segmentos cromosómicos que pueden someterse a transposición, se pueden diseñar y aplicar a la mutagénesis por inserción como un instrumento para el descubrimiento de genes del cáncer. [28] Estos segmentos cromosómicos permiten que la mutagénesis por inserción se aplique a prácticamente cualquier tejido de elección, al mismo tiempo que permite una profundidad más completa e imparcial en la secuenciación del ADN. [28]

Los investigadores han encontrado cuatro mecanismos de mutagénesis por inserción que pueden usarse en humanos. el primer mecanismo se llama inserción potenciadora. Los potenciadores estimulan la transcripción de un gen en particular al interactuar con un promotor de ese gen. Este mecanismo en particular se utilizó por primera vez para ayudar a los pacientes gravemente inmunodeprimidos que necesito de médula ósea. A continuación, se insertaron en los pacientes gammaretrovirus portadores de potenciadores. El segundo mecanismo se denomina inserción de promotor. Los promotores proporcionan a nuestras células las secuencias específicas necesarias para comenzar la traducción. La inserción del promotor ha ayudado a los investigadores a aprender más sobre el virus del VIH. El tercer mecanismo es la inactivación genética. Un ejemplo de inactivación genética es el uso de mutagénesis por inserción para insertar un retrovirus que interrumpe el genoma de la célula T en pacientes con leucemia y les proporciona un antígeno específico llamado CAR que permite que las células T se dirijan a las células cancerosas. Los mecanismos finales se denominan sustitución del extremo 3 'del ARNm. Nuestros genes experimentan ocasionalmente mutaciones puntuales que causan talasemia beta que interrumpe la función de los glóbulos rojos. Para solucionar este problema, se introduce la secuencia genética correcta para los glóbulos rojos y se realiza una sustitución. [5]

La recombinación homóloga se puede utilizar para producir una mutación específica en un organismo. El vector que contiene una secuencia de ADN similar al gen que se va a modificar se introduce en la célula y, mediante un proceso de recombinación, reemplaza el gen diana en el cromosoma. Este método se puede utilizar para introducir una mutación o anular un gen, por ejemplo, como se utiliza en la producción de ratones inactivos. [29]

Desde 2013, el desarrollo de la tecnología CRISPR-Cas9 ha permitido la introducción eficiente de diferentes tipos de mutaciones en el genoma de una amplia variedad de organismos. El método no requiere un sitio de inserción de transposones, no deja marcadores y su eficiencia y simplicidad lo han convertido en el método preferido para la edición del genoma. [30] [31]

A medida que disminuye el costo de la síntesis de oligonucleótidos de ADN, la síntesis artificial de un gen completo es ahora un método viable para introducir mutaciones en un gen. Este método permite una mutación extensa en múltiples sitios, incluido el rediseño completo del uso de codones de un gen para optimizarlo para un organismo en particular. [32]


Supresión

Si se comete un error durante la meiosis que hace que parte de un cromosoma se rompa y se pierda, esto se denomina eliminación. Si la deleción ocurre dentro de un gen que es vital para la supervivencia de un individuo, podría causar serios problemas e incluso la muerte de un cigoto hecho a partir de ese gameto con la deleción. Otras veces, la parte del cromosoma que se pierde no causa la muerte de la descendencia. Este tipo de eliminación cambia los rasgos disponibles en el acervo genético. A veces, las adaptaciones son ventajosas y se seleccionarán positivamente durante la selección natural. Otras veces, estas deleciones en realidad debilitan a la descendencia y morirán antes de que puedan reproducirse y transmitir el nuevo gen establecido a la siguiente generación.


10 mutaciones genéticas inusuales en humanos

No hay dos personas iguales, debido a las formas sutilmente diferentes en que se expresan nuestros genomas. Pero a veces estas diferencias biológicas conducen a mutaciones genéticas que son extremadamente raras y, a veces, debilitantes. Históricamente, muchas personas que padecían estas mutaciones fueron etiquetadas como monstruos o fenómenos, pero hoy sabemos que son simplemente parte del amplio espectro de variaciones genéticas de nuestra especie. Aquí están 10 de las mutaciones genéticas más inusuales que hemos identificado en humanos.

1. Progeria

Este trastorno genético es tan raro como grave. La forma clásica de la enfermedad, llamada progeria de Hutchinson-Gilford, causa envejecimiento acelerado.

La mayoría de los niños que padecen progeria esencialmente mueren de enfermedades relacionadas con la edad alrededor de los 13 años, pero algunos pueden vivir hasta los 20 años. Por lo general, la muerte es causada por un ataque cardíaco o un derrame cerebral. Afecta tan solo a uno de cada ocho millones de nacidos vivos.

La enfermedad es causada por una mutación en el gen LMNA, una proteína que brinda apoyo al núcleo celular. Otros síntomas de la progeria incluyen piel rígida (esclerótica), calvicie de todo el cuerpo (alopecia), anomalías óseas, deterioro del crecimiento y una punta nasal "esculpida" característica.

La progeria es de gran interés para los gerontólogos que esperan conectar los factores genéticos con el proceso de envejecimiento. Imagen: HBO.

2. Síndrome de Uner Tan

El síndrome de Uner Tan es una condición algo controvertida, cuya propiedad más obvia es que las personas que lo padecen caminan a cuatro patas. UTS es un síndrome propuesto por el biólogo evolutivo turco Üner Tan después de estudiar a cinco miembros de la familia Ulaş en la Turquía rural. Estos individuos caminan con una locomoción cuadrúpedo, usan el habla primitiva y tienen una discapacidad cerebral congénita (incluida la “experiencia consciente alterada”). La familia apareció en un documental de la BBC2 de 2006 llamado "La familia que camina a cuatro patas". Tan lo describe así:

La naturaleza genética de este síndrome sugiere una etapa atrasada en la evolución humana, que muy probablemente sea causada por una mutación genética, lo que a su vez se traduce en la transición de cuadrúpedo a bipedestación. Esto sería entonces consistente con las teorías de la evolución puntuada.

El nuevo síndrome, dice Tan, "puede usarse como un modelo vivo para la evolución humana". Algunos expertos piensan que esto es una tontería y que la genética puede tener muy poco que ver con eso.

3. Hipertricosis

La hipertricosis también se llama "síndrome del hombre lobo" o síndrome de Ambras, y afecta a tan solo una de cada mil millones de personas y, de hecho, solo se han documentado 50 casos desde la Edad Media.

Todo lo que necesita saber sobre la extraña genética de los hombres lobo

Al crecer en la década de 1960, coleccioné cartas de monstruos: El hombre de 60 pies y la mujer de 50 pies, ...

Las personas con hipertricosis tienen exceso de vello en los hombros, la cara y las orejas. Los estudios lo han implicado en un reordenamiento del cromosoma 8. Ocurre debido a una interrupción de la "diafonía" entre la epidermis y la dermis cuando se forman folículos pilosos en el feto de 3 meses en las cejas y hasta los dedos de los pies. Normalmente, las señales de la dermis envían los mensajes para formar folículos. A medida que se forma un folículo, envía señales para evitar que el área que lo rodea también se convierta en un folículo, lo que da como resultado el espaciamiento igual de nuestros aproximadamente cinco millones de folículos. La mayoría de las partes de nuestro cuerpo ignoran los mensajes para formar folículos, lo que explica por qué la mayoría de nosotros somos relativamente lampiños.

4. Epidermodisplasia verruciforme

La epidermodisplasia verruciforme es un trastorno extremadamente raro que hace que las personas sean propensas a infección generalizada por el virus del papiloma humano (VPH). Esta infección hace que crezcan máculas y pápulas escamosas (carcinomas cutáneos de células escamosas) en las manos, los pies e incluso la cara. Estas "erupciones" cutáneas aparecen como lesiones parecidas a verrugas, e incluso crecimientos parecidos a madera y cuernos, con placas pigmentadas de color marrón rojizo.. Por lo general, los tumores de piel comienzan a surgir en personas de entre 20 y 40 años, y los crecimientos tienden a aparecer en áreas expuestas al sol. También llamada displasia de Lewandowsky-Lutz, no existe una cura conocida, aunque son posibles tratamientos para reducir los crecimientos.

El trastorno llamó la atención del público en noviembre de 2007 cuando apareció en Internet un video de un hombre indonesio de 34 años llamado Dede Koswara. En 2008, se sometió a una cirugía para que le quitaran 6 kg (13 libras) de verrugas. Después de que las lesiones y los cuernos fueron extraídos de sus manos, cabeza, torso y pies, sus manos fueron injertadas con piel nueva. En total, se eliminaron aproximadamente el 95% de las verrugas.


D. Definiciones y relaciones NSF-concesionario

1. Definiciones

una. Un REPRESENTANTE ORGANIZATIVO AUTORIZADO (AOR) / REPRESENTANTE AUTORIZADO significa el funcionario administrativo que, en nombre de la organización proponente, está facultado para realizar certificaciones y representaciones y puede comprometer a la organización con la realización de un proyecto que se le solicita a NSF que apoye, así como adherirse a varias políticas de NSF y requisitos de subvenciones.

B. UN ACUERDO DE SUBVENCIÓN 3 significa un instrumento legal de asistencia financiera entre NSF y un concesionario que, de conformidad con 31 USC 6302, 6304:

(1) Se utiliza para entablar una relación cuyo propósito principal es transferir algo de valor de NSF al concesionario para llevar a cabo un propósito público autorizado por una ley de los Estados Unidos (ver 31 USC 6101 (3)) y no adquirir propiedades o servicios para el beneficio o uso directo de NSF

(2) Se distingue de un acuerdo cooperativo en que no prevé una participación sustancial entre la NSF y el concesionario en la realización de la actividad contemplada por la concesión de la NSF.

NSF otorga los siguientes dos tipos de subvenciones:

(a) UNA SUBVENCIÓN ESTÁNDAR significa un tipo de subvención en la que la NSF acuerda proporcionar un nivel específico de apoyo durante un período de tiempo específico sin una declaración de la intención de la NSF de proporcionar apoyo adicional en el futuro sin la presentación de otra propuesta.

(b) UNA SUBVENCIÓN CONTINUA significa un tipo de subvención en la que NSF acuerda proporcionar un nivel específico de apoyo durante un período de tiempo inicial especificado, generalmente un año, con una declaración de intención de proporcionar apoyo adicional al proyecto por períodos adicionales, siempre que haya fondos disponibles y los resultados obtenidos justifiquen un mayor apoyo.

C. UN PREMIO DE REEMBOLSO DE COSTOS significa un tipo de subvención bajo la cual NSF acuerda reembolsar al concesionario por el trabajo realizado y / o los costos incurridos por el concesionario hasta el monto total especificado en la subvención. Dichos costos deben ser admisibles de acuerdo con los principios de costos aplicables. La rendición de cuentas se basa principalmente en el progreso técnico, la contabilidad financiera y los informes fiscales. Excepto bajo ciertos programas y bajo circunstancias especiales, las subvenciones NSF y los acuerdos de cooperación son normalmente subvenciones del tipo de reembolso de costos.

D. UN PREMIO DE CANTIDAD FIJA significa un tipo de premio en el que NSF proporciona un nivel específico de apoyo sin tener en cuenta los costos reales incurridos en virtud del premio. Este tipo de adjudicación NSF reduce parte de la carga administrativa y los requisitos de mantenimiento de registros tanto para el beneficiario como para la NSF. La rendición de cuentas se basa principalmente en el desempeño y los resultados.

mi. UN ACUERDO COOPERATIVO significa un instrumento legal de asistencia financiera entre NSF y un adjudicatario que, de conformidad con 31 USC 6302-6305:

(1) Se utiliza para entablar una relación cuyo propósito principal es transferir algo de valor de NSF al concesionario para llevar a cabo un propósito público autorizado por una ley de los Estados Unidos (ver 31 USC 6101 (3)) y no adquirir propiedades o servicios para el beneficio o uso directo de NSF

(2) Se distingue de una subvención en que proporciona una participación sustancial entre la NSF y el concesionario en la realización de la actividad contemplada por la subvención de la NSF.

En el caso de NSF, los premios de asistencia implican el apoyo o el estímulo de la investigación científica y de ingeniería, la educación en ciencia e ingeniería u otras actividades relacionadas. NSF está autorizada a utilizar subvenciones o acuerdos de cooperación para este propósito. Las subvenciones, sin embargo, son el mecanismo principal de apoyo de la NSF.

F. UNA SUBVENCIÓN significa la organización u otra entidad que recibe una subvención y asume la responsabilidad legal y financiera y la rendición de cuentas tanto por los fondos otorgados como por el desempeño de la actividad respaldada por la subvención. Las subvenciones de la NSF normalmente se otorgan a organizaciones en lugar de a investigadores principales / directores de proyectos individuales. Las categorías de proponentes elegibles se pueden encontrar en el Capítulo I.F.

gramo. INVESTIGADOR PRINCIPAL / DIRECTOR DE PROYECTO (PI / PD): consulte el Anexo II-3 del PAPPG, Definiciones de categorías de personal.

2. Relaciones de la NSF con los beneficiarios

una. La NSF utilizará las subvenciones cuando el logro de los objetivos del proyecto requiera una participación mínima de la NSF durante la ejecución de las actividades. Las subvenciones establecen una relación entre NSF y el concesionario en la que:

(1) NSF acuerda proporcionar hasta una cantidad específica de apoyo financiero para que el proyecto se lleve a cabo bajo las condiciones y requisitos de la subvención. NSF supervisará el progreso de la subvención y garantizará el cumplimiento de los estándares aplicables.

(2) El concesionario se compromete a realizar el proyecto según lo propuesto, a la gestión prudente de los fondos proporcionados y a llevar a cabo las actividades apoyadas de acuerdo con las disposiciones de la subvención. (Consulte el Capítulo VI.B, para conocer los documentos que componen una subvención NSF).

B. La NSF utilizará los acuerdos de cooperación cuando el logro de los objetivos del proyecto requiera una participación sustancial y continua de la Fundación durante el período de ejecución del proyecto. La participación sustancial de la agencia puede ser necesaria cuando una actividad es técnica y / o administrativamente compleja y requeriría una coordinación extensa o cercana entre la NSF y el adjudicatario. Esto, sin embargo, no afecta el derecho de NSF de suspender o rescindir unilateralmente la manutención por causa o considerar la rescisión de acuerdo con el Capítulo XII, si es en el mejor interés de NSF o del Gobierno. La doctrina de participación sustancial se establece en la Ley Federal de Subvenciones y Acuerdo de Cooperación de 1977 (31 USC 6301-6308).

NSF utiliza dos tipos de acuerdos cooperativos:

    Acuerdo de cooperación independiente (CA), que consiste en un acuerdo de cooperación para una adjudicación única y unificada donde no hay necesidad de proporcionar financiamiento y supervisión separados y discretos para los proyectos o programas bajo esa adjudicación.

Ejemplos de proyectos adecuados para acuerdos cooperativos incluyen: gestión de centros de investigación, grandes proyectos curriculares, instalaciones multiusuario, proyectos que involucran subcontratación compleja, construcción u operaciones de importantes instalaciones universitarias internas y desarrollo de instrumentación importante, y proyectos en los que participa NSF. con otras agencias u organizaciones interesadas que tienen influencia sobre la dirección y / o el desarrollo del proyecto.

En virtud de un acuerdo de cooperación, el adjudicatario tiene la responsabilidad principal de la realización del proyecto. En la medida en que NSF no se reserva la responsabilidad de coordinar o integrar las actividades del proyecto con otras actividades relacionadas o no asume un grado de responsabilidad compartida por ciertos aspectos del proyecto, todas esas responsabilidades quedan en manos del adjudicatario. Si bien NSF supervisará el acuerdo de cooperación de acuerdo con los términos y condiciones de la adjudicación, la Fundación no asumirá el control general de un proyecto ni cambiará o dirigirá unilateralmente las actividades del proyecto.

El acuerdo de cooperación especificará hasta qué punto NSF asesorará, revisará, aprobará o participará de otra manera en las actividades del proyecto, así como el derecho de NSF a exigir entregables más claramente definidos. NSF puede proporcionar asesoramiento, orientación o asistencia de carácter técnico, de gestión o de coordinación y puede requerir que el adjudicatario obtenga la aprobación previa de NSF de decisiones específicas, hitos o actividades del proyecto. Se incorpora una participación sustancial en áreas clave de responsabilidad en términos de adjudicación tanto financieros como programáticos.Los ejemplos incluyen requisitos de aprobación previa de la agencia, tipo y frecuencia de planes de proyectos, requisitos de informes especiales y revisiones de proyectos y adjudicatarios que NSF llevará a cabo durante el plazo de la adjudicación.

Los acuerdos de cooperación para la construcción generalmente se financian a través de una asignación separada del Congreso para la Construcción de Instalaciones y Equipos de Investigación Importante (MREFC). NSF mantiene las asignaciones de MREFC en una cuenta presupuestaria separada, para proyectos de construcción importantes que se someten con éxito a un riguroso proceso de selección. Los fondos de MREFC no pueden combinarse con fondos para actividades distintas de la construcción, por lo tanto, NSF emite un premio por separado para las operaciones y otras actividades relacionadas con la puesta en servicio y la gestión de la instalación o el instrumento principal. El adjudicatario debe mantener un sistema de contabilidad capaz de segregar MREFC y los costos operativos, y asegurarse de que dichos costos se apliquen en consecuencia.

Muchas adjudicaciones importantes de instalaciones, incluidas las otorgadas a los Centros de investigación y desarrollo financiados con fondos federales (FFRDC) respaldados por la NSF, consisten en un acuerdo de cooperación como adjudicación general, que establece las disposiciones básicas generales de la adjudicación y acuerdos de apoyo cooperativo separados. Los acuerdos de apoyo cooperativo contienen términos y condiciones específicos para las actividades de construcción, administración y operaciones, actividades de investigación copatrocinadas por otras agencias y cualquier otra actividad focalizada que NSF necesite monitorear por separado de los objetivos generales del acuerdo cooperativo.


Inserciones y eliminaciones de pares base

También pueden producirse mutaciones en las que los pares de bases de nucleótidos se insertan o eliminan de la secuencia del gen original. Este tipo de mutación genética es peligrosa porque altera la plantilla a partir de la cual se leen los aminoácidos. Las inserciones y deleciones pueden causar mutaciones de cambio de marco cuando se agregan o eliminan de la secuencia pares de bases que no son múltiplos de tres. Dado que las secuencias de nucleótidos se leen en grupos de tres, esto provocará un cambio en el marco de lectura. Por ejemplo, si la secuencia de ADN transcrita original es CGA CCA ACG GCG. y se insertan dos pares de bases (GA) entre la segunda y la tercera agrupaciones, el marco de lectura se desplazará.

  • Secuencia original: CGA-CCA-ACG-GCG.
  • Aminoácidos producidos: Arginina / Prolina / Treonina / Alanina.
  • Pares de bases insertadas (GA): CGA-CCA-GAA-CGG-CG.
  • Aminoácidos producidos: Arginina / Prolina / Ácido Glutámico / Arginina.

La inserción desplaza el marco de lectura en dos y cambia los aminoácidos que se producen después de la inserción. La inserción puede codificar un codón de parada demasiado pronto o demasiado tarde en el proceso de traducción. Las proteínas resultantes serán demasiado cortas o demasiado largas. Estas proteínas están desaparecidas en su mayor parte.


Un primer plano del ADN

Todos los organismos vivos, desde las bacterias más pequeñas hasta las plantas y los seres humanos, se forman a partir de células microscópicas (en el caso de las bacterias, todo el organismo es una sola célula). En el núcleo mismo de estas células se encuentra el ADN o ácido desoxirribonucleico, el modelo molecular de casi todos los aspectos de la existencia.

Si uno comienza a ampliar la estructura del ADN, el primer nivel de aumento consiste en dos cadenas entrelazadas en forma de doble hélice. Cada cadena está formada por una secuencia de nucleótidos. A su vez, cada nucleótido es un complejo de tres entidades: un azúcar llamado desoxirribosa, grupos fosfato y una base que contiene nitrógeno (es decir, un compuesto que está listo para aceptar un ion hidrógeno). Los nucleótidos del ADN pueden tener las siguientes bases: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). A menudo se hace referencia a los nucleótidos por la base que contienen.

Los azúcares y fosfatos de los distintos nucleótidos se encuentran en la parte de la cadena de la doble hélice, mientras que las bases de los nucleótidos atraviesan los espacios para unirse a las bases del otro lado. Con todo, el ADN realmente parece una escalera de doble hélice con bases como peldaños, una analogía común. Las bases se adhieren entre sí de una manera muy específica: adenina (A) a timina (T) y citosina a (C) a guanina (G). Esto se conoce como emparejamiento de bases complementarias.

Cuando uno se refiere a una secuencia de ADN, indica la secuencia de nucleótidos en una de sus cadenas. Debido a que los nucleótidos se unen entre sí de una manera predecible, conocer la secuencia de una hebra facilita completar la secuencia de la otra.


IV. Mutágenos

A. Mutágenos químicos

Es posible distinguir mutágenos químicos por sus modos de acción, algunos de estos causan mutaciones por mecanismos similares a los que surgen espontáneamente, mientras que otros se parecen más a la radiación (a considerar a continuación) en sus efectos.

1. Análogos de base

  • bromouracilo (BU): compuesto creado artificialmente que se utiliza ampliamente en la investigación. Se parece a la timina (tiene un átomo de Br en lugar de un grupo metilo) y se incorporará al ADN y se emparejará con A como la timina. Tiene una mayor probabilidad de tautomerización a la forma enol (BU *)
  • aminopurina - el análogo de adenina que puede emparejarse con T o (menos bien) con C provoca las transiciones A: T a G: C o G: C a A: T. Los análogos de base causan transiciones, al igual que los eventos de tautomerización espontánea.

2. Productos químicos que alteran la estructura y las propiedades de emparejamiento de las bases.

  • ácido nitroso--formed by digestion of nitrites (preservatives) in foods. It causes C to U, meC to T, and A to hypoxanthine deaminations. [See above for the consequences of the first two events hypoxanthine in DNA pairs with C and causes transitions. Deamination by nitrous acid, like spontaneous deamination, causes transitions.
  • nitrosoguanidine, methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate--chemical mutagens that react with bases and add methyl or ethyl groups. Depending on the affected atom, the alkylated base may then degrade to yield a baseless site, which is mutagenic and recombinogenic, or mispair to result in mutations upon DNA replication.

3. Intercalating agents

All are flat, multiple ring molecules which interact with bases of DNA and insert between them. This insertion causes a "stretching" of the DNA duplex and the DNA polymerase is "fooled" into inserting an extra base opposite an intercalated molecule. The result is that intercalating agents cause frameshifts.

4. Agents altering DNA structure

  • --large molecules which bind to bases in DNA and cause them to be noncoding--we refer to these as "bulky" lesions (eg. NAAAF)
  • --agents causing intra- and inter-strand crosslinks (eg. psoralens--found in some vegetables and used in treatments of some skin conditions)
  • --chemicals causing DNA strand breaks (eg. peroxides)

B. Radiation

1. EM spectrum

The longest waves (AM radio) have the least energy while successively shorter waves and increasing energy are seen with FM radio, TV, microwaves, infrared, visible, ultraviolet (UV), X and gamma radiation. The portion which is biologically significant is UV and higher energy radiation.

2. Ionizing radiation

UV radiation is not ionizing but can react with DNA and other biological molecules and is also important as a mutagen.

The units now used for ionizing radiation of all types are rems (roentgen equivalent man): 1 rem of any ionizing radiation produces similar biological effects. The unit used previously was the rad (radiation absorbed dose). However, the effects of different types of radiation differ for one rad unit: one rad of alpha particles has a much greater damaging effect than one rad of gamma rays alpha particles have a greater RBE (relative biological effectiveness) than gamma rays. The relationship between these units is that:

In addition to the energy type and total dose of radiation the dose rate should be considered: the same number of rems given in a brief, intense exposure (high dose rate) causes burns and skin damage versus a long-term weak exposure (low dose rate) which would only increase risk of mutation and cancer.

3. Sources of radiation

In addition, humans have created artificial sources of radiation which contribute to our radiation exposure. Among these are medical testing (diagnostic X-rays and other procedures), nuclear testing and power plants, and various other products (TV's, smoke detectors, airport X-rays).

Taken together, our overall total average exposure from all sources is about 350 mrem/year the major contributor of which is from radon exposure. See the graph on page 281 of your text for the breakdown.

4. Biological effects of radiation

sublethal dose (100-250 rems): nausea and vomiting early 1-2 wk. latent period followed by malaise, anorexia, diarrhea, hair loss, recovery (latency due to time it takes hematopoetic or other damage to show up)

lethal dose (350-450 rems): nausea and vomiting early 1 wk. latent period followed by above with more severe symptoms including internal bleeding a 50% chance of death [LD50 : dose at which half of exposed individuals will die ca. 400 rems for humans]. Death is due to blood cell or gastrointestinal failure.

supralethal dose (>650 rems): nausea and vomiting early, followed by shock, abdominal pain, diarrhea, fever and death within hours or days. Death is due to heart or CNS damage.

For the affected tissues and organs, the number of destroyed cells and the likelihood of their replacement determines the survival chances. The long term effects include increased cancer risk and increased risk of mutations in one's offspring.

5. Genetic effects of radiation

  • -breaks in one or both strands (can lead to rearrangements, deletions, chromosome loss, death if unrepaired this is from stimulation of recombination)
  • -damage to/loss of bases (mutations)
  • -crosslinking of DNA to itself or proteins

6. UV (ultraviolet)

UV is normally classified in terms of its wavelength: UV-C (180-290 nm)--"germicidal"--most energetic and lethal, it is not found in sunlight because it is absorbed by the ozone layer UV-B (290-320 nm)--major lethal/mutagenic fraction of sunlight UV-A (320 nm--visible)--"near UV"--also has deleterious effects (primarily because it creates oxygen radicals) but it produces very few pyrimidine dimers. Tanning beds will have UV-A and UV-B. To see a graphic representation of the wavelengths of UV and ozone absorption, click here.

The major lethal lesions are pyrimidine dimers in DNA (produced by UV-B and UV-C)--these are the result of a covalent attachment between adjacent pyrimidines in one strand. This is shown here for a thymine-thymine dimer and here for a thymine-cytosine dimer. These dimers, like bulky lesions from chemicals, block transcription and DNA replication and are lethal if unrepaired. They can stimulate mutation and chromosome rearrangement as well.


What is a gene variant and how do variants occur?

A gene variant is a permanent change in the DNA sequence that makes up a gene. This type of genetic change used to be known as a gene mutation, but because changes in DNA do not always cause disease, it is thought that gene variant is a more accurate term. Variants can affect one or more DNA building blocks (nucleotides) in a gene.

Gene variants can be inherited from a parent or occur during a person’s lifetime:

  • Inherited (or hereditary) variants are passed from parent to child and are present throughout a person’s life in virtually every cell in the body. These variants are also called germline variants because they are present in the parent’s egg or sperm cells, which are also called germ cells. When an egg and a sperm cell unite, the resulting fertilized egg cell contains DNA from both parents. Any variants that are present in that DNA will be present in the cells of the child that grows from the fertilized egg.
  • Non-inherited variants occur at some time during a person’s life and are present only in certain cells, not in every cell in the body. Because non-inherited variants typically occur in somatic cells (cells other than sperm and egg cells), they are often referred to as somatic variants. These variants cannot be passed to the next generation. Non-inherited variants can be caused by environmental factors such as ultraviolet radiation from the sun or can occur if an error is made as DNA copies itself during cell division.

Some genetic changes are described as new (de novo) variants these variants are recognized in a child but not in either parent. In some cases, the variant occurs in a parent’s egg or sperm cell but is not present in any of their other cells. In other cases, the variant occurs in the fertilized egg shortly after the egg and sperm cells unite. (It is often impossible to tell exactly when a de novo variant happened.) As the fertilized egg divides, each resulting cell in the growing embryo will have the variant. De novo variants are one explanation for genetic disorders in which an affected child has a variant in every cell in the body, but the parents do not, and there is no family history of the disorder.

Variants acquired during development can lead to a situation called mosaicism, in which a set of cells in the body has a different genetic makeup than others. In mosaicism, the genetic change is not present in a parent’s egg or sperm cells, or in the fertilized egg, but happens later, anytime from embryonic development through adulthood. As cells grow and divide, cells that arise from the cell with the altered gene will have the variant, while other cells will not. When a proportion of somatic cells have a gene variant and others do not, it is called somatic mosaicism. Depending on the variant and how many cells are affected, somatic mosaicism may or may not cause health problems. When a proportion of egg or sperm cells have a variant and others do not, it is called germline mosaicism. In this situation, an unaffected parent can pass a genetic condition to their child.

Most variants do not lead to development of disease, and those that do are uncommon in the general population. Some variants occur often enough in the population to be considered common genetic variation. Several such variants are responsible for differences between people such as eye color, hair color, and blood type. Although many of these common variations in the DNA have no negative effects on a person’s health, some may influence the risk of developing certain disorders.