طفرة كابتة

ينتج كبت التعبير الجيني داخل الجين عن طفرات كابتة تحدث في نفس الجين الذي حدثت فيه الطفرة الأصلية. في دراسة كلاسيكية، استخدم فرانسيس كريك (وآخرون) كبت التعبير الجيني داخل الجين لدراسة الطبيعة الأساسية للشيفرة الوراثية . وقد أظهرت هذه الدراسة أن الجينات تُعبَّر عنها على شكل ثلاثيات غير متداخلة ( كودونات ). ^{[ 1 ]}

أظهر الباحثون أن الطفرات الناتجة عن إدخال قاعدة واحدة (+) أو حذف قاعدة واحدة (-) يمكن "كبحها" أو استعادتها بواسطة طفرة ثانية ذات إشارة معاكسة، شريطة أن تحدث الطفرتان في نفس المنطقة من الجين. وقد أدى ذلك إلى استنتاج مفاده أن الجينات تحتاج إلى أن تُقرأ ضمن " إطار قراءة " محدد، وأن إدخال قاعدة واحدة أو حذفها سيؤدي إلى تغيير إطار القراءة ( طفرة إزاحة الإطار ) بحيث يُشفّر الحمض النووي المتبقي عديد ببتيد مختلفًا عن الببتيد المقصود. لذا، خلص الباحثون إلى أن الطفرة الثانية ذات الإشارة المعاكسة تكبح الطفرة الأصلية عن طريق استعادة إطار القراءة، طالما أن الجزء الواقع بين الطفرتين ليس حاسمًا لوظيفة البروتين. ^{[ 1 ]}

بالإضافة إلى إطار القراءة، استخدم كريك أيضًا طفرات كابتة لتحديد حجم الكودون. ووجد أنه بينما يؤدي إدخال/حذف قاعدة واحدة أو قاعدتين من نفس الإشارة إلى نمط ظاهري طافر، فإن حذف أو إدخال ثلاث قواعد يمكن أن يعطي نمطًا ظاهريًا طبيعيًا . ومن هذه النتائج، استُنتج أن إدخال أو حذف ثلاثية لا يُخل بإطار القراءة، وأن الشفرة الوراثية هي في الواقع ثلاثية. ^{[ 1 ]}

يُخفف كبت الجينات (المعروف أيضًا بالكبت خارج الجينات ) من آثار طفرة في جين ما عن طريق طفرة أخرى في مكان آخر ضمن الجينوم . لا تقع الطفرة الثانية على نفس الجين الذي وقعت عليه الطفرة الأصلية. ^{[ 2 ]} يُعد كبت الجينات مفيدًا في تحديد ودراسة التفاعلات بين الجزيئات، مثل البروتينات . على سبيل المثال، قد تُعوض طفرة تُعطل التفاعل التكميلي بين جزيئات البروتين بطفرة ثانية في مكان آخر من الجينوم تُعيد أو تُوفر تفاعلًا بديلًا مناسبًا بين تلك الجزيئات. وقد تم تحديد العديد من البروتينات في مسارات الكيمياء الحيوية، ونقل الإشارات ، والتعبير الجيني باستخدام هذا النهج. تشمل أمثلة هذه المسارات تفاعلات المستقبلات مع الروابط، بالإضافة إلى تفاعل المكونات المشاركة في تضاعف الحمض النووي ، والنسخ ، والترجمة . ^{[ 1 ]}

من المرجح أن تستمر هذه الطفرات التثبيطية بين الجينات في التجمعات السكانية. فعندما تتشكل هذه الطفرات التعويضية في كائنات حية مثل الإشريكية القولونية، مما يجعلها مقاومة للدواء بسبب وجوده، ثم يتوقف استخدام الدواء، فإن السلالات المقاومة لا تستطيع بسهولة التطور مرة أخرى إلى سلالات حساسة للدواء الذي اكتسبت مقاومته. ^{[ 3 ]} ومن المرجح ألا تفقد هذه السلالات هذه الطفرات التعويضية، مما يقلل بشكل كبير من لياقتها، وينتج عنه سلالات وسيطة. وتتعرض هذه السلالات الوسيطة لظاهرة الاختناق الوراثي، مما يصعب معه عودة الأليلات إلى حالتها الأصلية قبل حدوث الطفرات التثبيطية بين الجينات. وبالتالي، عند التوقف عن استخدام الأدوية، يُلاحظ أن هذه الطفرات من المرجح أن تستمر في التجمعات السكانية.

تحدث طفرات الكابت أيضًا في الجينات التي تُشفّر البروتينات البنيوية للفيروس. ولإنتاج فيروس عاثية T4 قابل للحياة (انظر الصورة)، يلزم وجود توازن في المكونات البنيوية. تحتوي طفرة العنبر في عاثية T4 على طفرة تُغيّر كودون حمض أميني في بروتين إلى كودون التوقف TAG (انظر كودون التوقف وطفرة التوقف ). إذا تم كبت طفرة العنبر، المعيبة في جين يُشفّر مكونًا بنيويًا ضروريًا لعاثية T4، بشكل ضعيف عند الإصابة (في بكتيريا الإشريكية القولونية المضيفة التي تحتوي على حمض نووي ريبوزي ناقل مُعدّل - انظر كابت التوقف )، فإنها ستنتج عددًا أقل من المكون البنيوي المطلوب. ونتيجة لذلك، يتشكل عدد قليل جدًا من العاثيات القابلة للحياة، إن وُجدت. ومع ذلك، وُجد أنه يمكن أحيانًا إنتاج عاثيات قابلة للحياة في المضيف الذي يحتوي على كابت التوقف الضعيف إذا كانت طفرة عنبر ثانية موجودة أيضًا في جين يُشفّر بروتينًا بنيويًا آخر في جينوم العاثية. ^{[ 4 ]} وُجد أن سبب قدرة الطفرة العنبرية الثانية على كبح الأولى هو توازن البروتينين البنيويين المُختزلين عدديًا. فعلى سبيل المثال، إذا تسببت الطفرة العنبرية الأولى في انخفاض ألياف الذيل إلى عُشر المستوى الطبيعي، فإن معظم جسيمات العاثية المُنتجة ستكون ذات ألياف ذيل غير كافية لتكون مُعدية. أما إذا كانت الطفرة العنبرية الثانية معيبة في أحد مكونات الصفيحة القاعدية، وتسببت في إنتاج عُشر عدد الصفائح القاعدية، فقد يُعيد ذلك التوازن بين ألياف الذيل والصفائح القاعدية، وبالتالي يسمح بإنتاج عاثيات مُعدية. ^{[ 4 ]}