miniatura|219px|Mutación causada pola radiación ultravioleta. miniatura|100px|Pictograma internacional GHS para as substancias químicas que son sensibilizantes, mutaxénicas, carcinoxénicas ou tóxicas para a reprodución. En bioloxía, un mutáxeno (en latín, "que orixina cambio") é un axente físico, químico ou biolóxico que altera ou cambia a información xenética (xeralmente ao alterar o ADN) dun organismo e iso incrementa a frecuencia de mutación por riba do nivel natural. Cando un axente orixina numerosas mutacións que causan cancro denomínase axente carcinóxeno ou canceríxeno. Non todas as mutacións son causadas por mutáxenos, xa que hai "mutacións espontáneas", chamadas así debido a que se producen por erros na reparación e a recombinación do ADN.
Aínda que as mutacións adoitan ser prexudiciais, e orixinan doenzas, anormalidades e cancros, hai que salientar que, grazas a elas, xérase biodiversidade e é posible a evolución. Se non fora polas variacións que producen estas alteracións no ADN, non habería variabilidade fenotípica, nin adaptación aos cambios ambientais.
Descubrimento da mutaxénese En 1567, o médico suízo Paracelso suxeriu que unha substancia non identificada en menas de minaría (hoxe identificado como o gas radon) causaba unha doenza debilitante nos mineiros,Nature and Nurture – Lessons from Chemical Carcinogenesis: Chemical Carcinogens – From Past to Present e en Inglaterra en 1761, John Hill atopou a primeira ligazón directa entre o cancro e substancias químicas ao notar que os que esnifaban tabaco excesivamente podían ter despois cancro nasal.Hill, J. Cautions Against the Immoderate Use of Snuff. Founded on the Known Qualities of the Tobacco Plant; And the Effects it Must Produce when this Way Taken into the Body: And Enforced by Instances of Persons who have Perished Miserably of Diseases, Occasioned, or Rendered Incurable by its Use (R. Baldwin and J. Jackso, London, 1761).
Na década de 1920, Hermann Müller, descubriu que os raios X, causaban mutacións nas moscas do vinagre (Drosophila melanogaster) que utilizou nos seus estudos de xenética, e que tamén tiñan efectos na constitución xenética dos humanos.
Non se demostrou que os mutáxenos químicos eran causa de mutacións ata a década de 1940, cando Charlotte Auerbach e J. M. Robson atoparon que o gas mostaza podía causar mutacións nas moscas do vinagre.
Tipos de axentes mutáxenos
Os axentes mutaxénicos poden clasificarse en: Mutáxenos químicos: son compostos químicos que poden alterar a estrutura do ADN de forma brusca, como por exemplo o ácido nitroso (axente desaminizante), brominas e algúns dos seus compostos. Mutáxenos físicos: son radiacións que poden alterar a secuencia e estrutura do ADN. Son exemplos a radiación ultravioleta que orixina dímeros de pirimidina (xeralmente de timina), e as radiacións gamma e alfa que son ionizantes. Tamén se consideran axentes físicos os ultrasóns, de 400.000 vibracións por segundo, que induciron mutacións en Drosophila e nalgunhas plantas superiores, e a centrifugación, que tamén produce variacións cromosómicas estruturais. Mutáxenos biolóxicos: son aqueles organismos biolóxicos que poden alterar as secuencias do material xenético do seu hóspede; como por exemplo; virus, bacterias e fungos. Outros son os transposóns (fragmentos autónomos de ADN). Factores que non son axentes mutáxenos pero que determinan se unha mutación terá lugar ou non: temperatura, presión de oxíxeno, envellecemento. Mutáxenos que resultan de substancias non carcinóxenas metabolizadas, por exemplo, o benzopireno é a substancia resultante do metabolismo do fígado.
Mutáxenos químicos A mutaxénese química descubriuse en 1942 cando Carlota Averbach e J. M. Robson descubriron que a mostaza nitroxenada (un ingrediente dos gases asfixiantes que se utilizaron nas guerras) producía mutacións. Ao final da segunda guerra mundial coñecíanse de 30 a 40 compostos mutaxénicos. Actualmente hai máis de 6 millóns de substancias químicas dese tipo, das que 500.000 se utilizan nos procesos de fabricación.
En 1977 creouse a Comisión Internacional para a Protección contra os Mutáxenos e Carcinóxenos Ambientais que se dedica á elaboración de normas de avaliación e de regulamentos sobre o uso e distribución dos axentes químicos mutáxenos.
Pódense clasificar segundo o seu modo de acción en:
Análogos de bases Estes análogos de bases ou tautómeros teñen similitude estrutural coas bases nitroxenadas. Son compostos como por exemplo o 5-bromouracilo ou a 2-aminopurina, que se incorporan ao ADN que se replica en lugar das bases correspondentes timina e adenina.
Cando un destes análogos de bases se introduce no ADN, a replicación ocorre normalmente, aínda que se poden producir erros de lectura que son o resultado da incorporación de bases erradas na copia de ADN. É dicir, o 5-bromouracilo é un análogo da timina que contén bromo na posición do carbono-5 en vez do grupo CH3 que aparece na timina. A estrutura normal (forma ceto) do 5-BU aparéase coa adenina; porén, o 5-BU pode cambiar con frecuencia á forma enol ou a unha forma ionizada que se aparea coa guanina. Esta última aparéase despois noutra replicación coa súa correspondente citosina. Por tanto, produciuse unha transición de AT a GC.
Axentes que reaccionan co ADN miniatura |200px |Un aduto do ADN (no centro) de benzo[a]pireno, un importante mutáxeno presente no fume do tabaco. Son moléculas que reaccionan directamente co ADN, o cal non está replicándose, causando cambios químicos nas bases, o que provoca apareamentos incorrectos. Chámase transición se se pasa dunha base púrica a outra tamén púrica ou dunha pirimidínica a outra pirimidínica; denomínase transversión se unha purina se converte nunha pirimidina. Estes axentes son o ácido nitroso, a hidroxilamina, axentes alquilantes e outros. Os axentes alquilantes, xunto coa luz ultravioleta, son os axentes mutaxénicos máis potentes. Os compostos máis coñecidos son o metanosulfonato de etilo (EMS), metanosulfonato de metilo (MMS), dietil sulfato (DES), etiletanosulfonato, mostaza nitroxenada etc.
O metanosulfonato de etilo (EMS) introduce un metilo na guanina provocando a transición de GC a AT. O ácido nitroso elimina o grupo amino (desaminación) da adenina e a citosina, convertendo estas bases en hipoxantina (H) e uracilo (U), respectivamente. A hidroxilamina engade un grupo hidroxilo (OH) ao grupo amino da citosina, facendo que a base sufra un cambio tautomérico. O etiletanosulfonato e a mostaza nitroxenada poden producir mutacións por adición de grupos metilo ou etilo á guanina, facendo que se comporte como un análogo da adenina e dando lugar a erros de apareamento. A aflatoxina B1 é un carcinóxeno poderoso que se une á posición N7 da guanina. A formación deste produto dá lugar á rotura do enlace entre a base e o azucre, liberándose a base e o azucre, xerando un sitio apurínico.
Outros axentes potencialmente mutaxénicos que reaccionan co ADN son: hidrocarburos aromáticos policíclicos (poden orixinar adutos do ADN), aminas aromáticas e amidas (por exemplo o 2-acetilaminofluoreno), o bromo e compostos con bromo, a azida de sodio, psoraleno (combinado coa luz ultravioleta), benceno etc.
Axentes intercalantes Os axentes intercalantes son moléculas planas que se insiren entre dous pares de bases do ADN, separándoas. Durante a replicación, esta conformación anormal pode facer que se produzan insercións ou delecións no ADN, orixinando mutacións por corremento da pauta de lectura. As substancias máis características deste grupo son as acridinas (laranxa de acridina), bromuro de etidio e proflavina.
Os colorantes de acridina actúan inseríndose eles mesmos entre dúas bases púricas veciñas dunha soa febra do ADN.
Reaccións oxidativas As especies reactivas do oxíxeno (superóxidos, peróxidos e radicais hidroxilo) que se producen durante o metabolismo normal, a radiación, o ozono e certas drogas poden danar o ADN e inducir mutacións provocando cambios químicos no ADN. Por exemplo, a 8-oxi-7,8 dihidrodesoxiguanina.
Metais Moitos metais, como o arsénico, cadmio, cromo, níquel e os seus compostos poden ser mutaxénicos, e poden actuar por mecanismos moi diversos.Valko, M.; Morris, H.; Cronin, M. T. (2005). "Metals, toxicity and oxidative stress" (PDF). Current medicinal chemistry 12 (10): 1161–1208. doi:10.2174/0929867053764635. PMID 15892631. O arsénico, cromo, ferro, e níquel poden ser asociados coa produción de especies reactivas do oxíxeno, e algúns destes poden tamén alterar a fidelidade da replicación do ADN. O níquel pode tamén estar ligado á hipermetilación do ADN e á desacetilación de histonas, mentres que algúns metais como o cobalto, arsénico, níquel e cadmio poden tamén afectar aos procesos de reparación do ADN como a reparación de falta de correspondencias no ADN, e a reparación por excisión de base e por excisión de nucleótidos.
Sistemas para a detección de mutáxenos químicos Hai moitos sistemas que serven para detectar mutáxenos. Os sistemas animais son os que mellor se asemellan ao metabolismo humano, pero as probas con eles son caras e precisan moito tempo (ata tres anos para completarse), polo que non se usan para un primeiro exame de mutaxenicidade ou carcinoxenicidade.
Sistema bacterianos
Test de Ames – Este é o test que se usa máis comunmente, no que se utilizan cepas de Salmonella typhimurium deficientes na biosíntese de histidina. O test busca mutantes que poden reverter ao tipo silvestre ou salvaxe. É un método doado e barato para un exame inicial. Resistencia á 8-azaguanina en S. typhimurium – Similar ao test de Ames, pero en vez de comprobar se hai mutacións reversas ou retrógradas, comproba se se producen novas mutacións que confiran resistencia á 8-azaguanina nunha cepa que reverte para a histidina. Sistemas de Escherichia coli – Detectan tanto mutacións novas como reversas en E. coli. Os mutantes deficientes en triptófano utilízanse para a mutación reversa, mentres que a galactosa ou a resistencia á 5-metiltriptófano poden utilizarse para as mutacións novas. Reparación do ADN – Poden utilizarse cepas de E. coli e Bacillus subtilis deficientes na reparación do ADN para detectar mutáxenos polos seus efectos no crecemento destas células por medio da produción de danos no ADN.
Lévedos En lévedos desenvolvéronse sistemas similares ao de Ames. A especie xeralmente usada é Saccharomyces cerevisiae. Poden comprobar mutacións novas e reversas e eventos de recombinación.
Drosophila O test do letal recesivo ligado ao sexo de Drosophila é outra alternativa. Utilízanse os machos de cepas con corpo amarelo. O xene para corpo amarelo está no cromosoma X. A mosca da froita é alimentada cunha dieta na que está o produto químico a comprobar, e a proxenie é separada por sexos. Os machos superviventes crúzanse coas femias da mesma xeración, e se non se detectan machos con corpos amarelos na segunda xeración, indicaría que se produciu unha mutación no cromosoma X presumiblemente por causa do produto químico.
Ensaios en plantas Plantas como Zea mays (millo), Arabidopsis thaliana e Tradescantia foron utilizadas en varios ensaios para comprobar a mutaxenicidade de produtos químicos.
Ensaios de cultivos celulares As liñas celulares de mamíferos como as células V79 de hámster chinés, células CHO (de ovario de hámster chinés) ou células de linfoma de rato poden utilizarse para facer tests de mutaxénese. Estes sistemas inclúen o ensaio de HPRT para a resistencia a 8-azaguanina ou 6-tioguanina, e o ensaio de resistencia á ouabaína (OUA).
Poden usarse tamén os hepatocitos primarios de rata para medir a reparación do ADN despois de producirse danos no ADN. Os mutáxenos poden estimular unha síntese de ADN nun momento non normal que dá lugar a un material máis tinguido no núcleo das células despois da exposición a mutáxenos.
Sistemas de comprobación de cromosomas