Mutationen

Mutationen, zufallsbedingte Veränderungen im Genom eines Lebewesens oder Virus.

Von einer Mutation spricht man, wenn die Basensequenz, also die Aufeinanderfolge der Nucleinsäurebasen in der Erbsubstanz DNA (bzw. bei manchen Viren: RNA), verändert ist (siehe Genetik: Genwirkung: DNA und der Code des Lebens). Solche Veränderungen der Basensequenz führen oft zu einer Veränderung des genetischen Codes und damit dazu, dass beim Ablesen eines Gens ein anderes Protein als bisher erzeugt wird. Manche Mutationen, die kein Gen, sondern einen nichtcodierenden Abschnitt des Genoms betreffen, zeigen sich nur im Genotyp, nicht jedoch im äußeren Erscheinungsbild (Phänotyp) des betreffenden Organismus; man bezeichnet sie als stille Mutationen.

Mutationen betreffen verschiedene Ebenen der Organisation des Genoms. Die Veränderung nur einer Base oder einer kurzen Basenfolge nennt man Punktmutationen. Dabei kann sich eine der Basen in eine andere verwandeln (Transition oder Transversion), eine oder mehrere Basen können zerstört werden (Deletion) oder von einer Stelle der Sequenz an eine andere verlagert und dort eingefügt werden (Insertion). Ist ein größerer Abschnitt eines Chromosoms von einer Deletion bzw. Insertion betroffen, so spricht man von einer Chromosomenmutation; die Verlagerung eines Chromosomenteils auf ein anderes Chromosom wird als Translokation bezeichnet. Genommutationen schließlich sind Mutationen, bei denen ein ganzes Chromosom zerstört oder verdoppelt wird oder sogar ein Chromosomensatz vervielfacht wird (Polyploidie). Deletionen, Insertionen und Translokationen werden meist durch Fehler bei der Mitose oder beim Crossing-over während der Meiose verursacht.

Mutationen können entweder spontan auftreten oder durch Mutagene ausgelöst werden. Spontanmutationen werden meist durch Fehler beim Einbau der Basen während der DNA-Replikation verursacht; die meisten solchen Lesefehler werden allerdings durch Reparaturmechanismen der Zelle korrigiert. Mutagene Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung und Ultraviolettstrahlung, oder chemische Mutagene wie salpetrige Säure oder Senfgas lösen Mutationen aus, indem sie in der Zelle freie Radikale erzeugen, DNA-Basen umwandeln oder Chromosomenbrüche verursachen. Mutationen können auch durch hohe Temperaturen herbeigeführt werden. Im Gegensatz zu gentechnisch erzeugten Veränderungen eines Genoms treten Mutationen immer zufällig auf.

Die meisten Mutationen wirken sich für den Träger negativ aus. Beim Menschen werden beispielsweise Erbkrankheiten wie Sichelzellenanämie, Mukoviszidose und das Down-Syndrom durch Mutationen verursacht. Bei vielen Krebserkrankungen werden Zellen durch Mutationen veranlasst, sich ungehemmt zu teilen. Mutationen können jedoch auch positive Auswirkungen haben: Im Fall der Sichelzellenanämie etwa erkranken die Träger des mutierten Gens weniger heftig an Malaria; nur aus diesem Grund konnte sich das mutierte Gen in der Population etablieren. Bakterien verdanken ihre Fähigkeit zur Resistenzbildung gegen Antibiotika ihrer extrem kurzen Generationszeit, aufgrund derer sich günstige Mutationen in einem Stamm rasch ausbreiten können. Positive Mutationen sind auch von Bedeutung in der Pflanzenzüchtung (siehe Pflanzenzüchtung: Mutationszüchtung).

Das Phänomen der Mutationen ist eine der beiden Grundlagen der Evolution: Ob sich eine bestimmte Mutation erhält und ausbreitet oder ob sie mit ihrem Träger wieder ausstirbt, entscheidet in erster Linie die natürliche Selektion. Eine Mutation wird nur dann an die Nachkommen des Trägers vererbt, wenn sie die Keimzellen betrifft.