การกลายพันธุ์ (mutation)

       การกลายพันธุ์ (mutation) คือ การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิต แบ่งเป็น

1. Chromosomal mutation คือ การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในระดับโครโมโซม
2. Genetic mutation คือ การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในระดับยีน

ปัจจัยที่ทำให้เกิดการกลายพันธุ์

1. เกิดจากพันธุกรรม เช่น เกิดจากการทำงานผิดปกติของยีนบางตัวซึ่งเหนี่ยวนำการกลายพันธุ์
2. เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
3. เกิดจากสภาพแวดล้อมที่มีสิ่งกลายพันธุ์เหนี่ยวนำ (mutagen) 
   
   
   • ปัจจัยทางชีวภาพอย่างไวรัสบางชนิด เช่น
     ไวรัสตับซีทำให้เกิดมะเร็งตับ
   • ปัจจัยทางเคมี เช่น สารอัลฟ่าท็อกซิน ควันบุหรี่ ปัจจัยทางกายภาพ เช่น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซเรย์

การกลายพันธุ์ระดับโครโมโซม (Chromosomal mutation)

       เนื่องจาก 1 โครโมโซมมีจำนวนมากมาย การเปลี่ยนแปลงในระดับโครโมโซมในแง่ของจำนวนและรูปร่าง ทำให้เกิดมีความผิดปกติของยีนหลาย ๆ ยีนพร้อมทำกัน การตรวจความผิดปกติระดับโครโมโซม สามารถตรวจสอบได้ karyotypes โดยการเปรียบเทียบจำนวนและรูปร่างของโครโมโซม

1) การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม

1. การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมแบบยกชุด (euploidy) คือการที่สิ่งมีชีวิตมีการเพิ่มหรือลดจำนวนโครโมโซมทั้งชุด เช่น โดยปกติมีโครโมโซมเป็น 2n แต่บางครั้งอาจพบเซลล์ที่มีโครโมโซม 3n หรือ 4n เรียกว่า polyploid ส่วนมากพบในพืชชั้นสูง เช่น พืชดอก
2. การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมโดยการเพิ่มหรือลดจำนวนแท่ง (aneuploidy) เป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมที่พบในคน มักเกิดจากการผิดปกติในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส เรียกเหตุการณ์แบบนี้ว่า non-disjunction การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสของเซลล์อสุจิ และเซลล์ไข่ จะถูกทางไว้แบบไม่สมบูรณ์จนใกล้การปฏิสนธิ จึงเป็นระยะเวลายาวนานได้ ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในระหว่างการแบ่งเซลล์ ซึ่งบางเซลล์สืบพันธุ์มีโครโมโซม แต่บางเซลล์มีโครโมโซมเกิน เมื่อเกิดการปฏิสนธิจึงทำให้มีจำนวนโครโมโซมที่ผิดปกติ ทำให้มีผลต่อการเจริญเติบโต
   

   ตัวอย่างกลุ่มอาการที่เกิดจาก
   ความผิดปกติของจำนวนโครโมโซม

   • Turner syndrome 45, XO เกิดกับเพศหญิง รังไข่ฝ่อตั้งแต่ระยะเอ็มบริโอรูปร่างเตี้ย คอสั้นหน้าแก่ คอเป็นปีก
   • Down syndrome 47, 21 (trisomy 21) มีโครโมโซม 21 เกินมา ทำให้ทารกมีพัฒนาการทางสมองผิดปกติ ตาห่าง หางตาชี้ขึ้น ลิ้นโตคับปาก พบมากจากบุตรที่เกิดจากมารดาผู้มีอายุสูงกว่า 35 ปี
   • Patau syndrome 47, 13 (trisomy 13) มีโครโมโซม 13 เกินมา ลักษณะปากแหว่งเพดานโหว่ พิการทางสมอง หัวใจทำงานผิดปกติ โอกาสรอดหลังจาก 3 เดือนเป็นไปได้ยาก
   • Klinefelter’s syndrome 47, XXY; 48, XXXY เพศชาย เป็นหมัน เนื่องจากอัณฑะฝ่อ
     ปริมาณเทสโทสเตอโรนต่ำ แต่เต้านมมีพัฒนาการที่ใหญ่ขึ้นในช่วงวัยรุ่น
     
     

2) การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโครโมโซม

1. Translocation โครโมโซมบางชิ้นใหญ่จากโครโมโซมหนึ่งไปอีกโครโมโซม
2. Deletion การหายไปของโครโมโซมบางส่วน
3. Duplication การเพิ่มขึ้นของโครโมโซมบางส่วน
4. Inversion การกลับทิศของชิ้นส่วนโครโมโซม

ตัวอย่างกลุ่มอาการที่เกิดจาก
ความผิดปกติของรูปร่างโครโมโซม

• Cri-du-chat syndrome เป็นโรคที่มีความผิดปกติของโครโมโซมคู่ที่ 5 แขนของโครโมโซมสั้น ทารกที่เกิดจะมีเสียงร้องคล้ายเสียงแมว ศีรษะเล็กกว่าปกติ มีสติปัญญาต่ำกว่ามาตรฐานในระดับปานกลางถึงรุนแรง หัวใจพิการ

การกลายพันธุ์ในระดับยีน (Genetic Mutation)

       เกิดการเปลี่ยนแปลงในระดับ DNA การเปลี่ยนแปลงของชนิดเบส อาจมีผลหรือไม่มีผลคุณสมบัติของโปรตีน ขึ้นอยู่กับชนิดของการกลายพันธุ์ในระดับยีน ดังต่อไปนี้

1. Silent mutation มีการเปลี่ยนแปลงของชนิดเบส แต่เมื่อสังเคราะห์กรดอะมิโนแล้วยังได้กรดอะมิโนตัวเดิม เนื่องจากรหัสพันธุกรรมมีความซ้ำซ้อน (redundancy codon) หรือเป็นการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งที่ 3 ของเบส
2. Missense mutation การแทนที่ชนิดของเบสที่เปลี่ยนชนิดของกรดอะมิโนเป็นกรดอะมิโนอีกชนิดหนึ่ง
3. Nonsense mutation มีการเปลี่ยนแปลงชนิดของเบสไปเป็นรหัสหยุด (stop codon) จึงทำให้มีการหยุดสังเคราะห์โปรตีนเร็วผิดปกติ
4. Frameshift mutation มีการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้การแปลรหัสเปลี่ยนไปตลอดทั้งสาย เนื่องจากมีการเพิ่มหรือลดเบสด้วยจำนวนที่หารสามไม่ลงตัว
5. Neutral mutation มีการเปลี่ยนแปลงของชนิดเบสที่ทำให้เปลี่ยนเป็นกรดอะมิโน แต่เป็นกรดอะมิโนที่มีสมบัติทางเคมีใกล้เคียงกับกรดอะมิโนตัวเดิม
   
   

ลักษณะการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระดับ DNA

1. Base-pair substitution การเปลี่ยนแปลงคู่เบสจากคู่หนึ่งเป็นอีกคู่หนึ่ง เช่น โรคโลหิตจางและเม็ดเลือดแดงรูปเคียว (sickle cell anemia)
   
   
          ปกติ    CTC      ผิดปกติ     CAC
                   GAG                   GTG
                Glutamic               Valine
   ส่งผลให้เม็ดเลือดแดงลักษณะคล้ายเคียว และจับกับออกซิเจนได้น้อยกว่าปกติ
   
   
2. Insertion หรือ deletion การเปลี่ยนแปลงคู่เบสโดยการเพิ่มหรือลดจำนวนนิวคลีโอไทด์ในบางตำแหน่งของยีน
   
   

ตัวอย่างโรคทางพันธุกรรม

ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในระดับ DNA

1. Cystic fibrosis  มีเมือกที่ปอดหายใจไม่สะดวก เป็นความผิดปกติของโปรตีน CFTR
2. Thalassemia หรือ โรคโลหิตจาง เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงระดับ DNA ของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้าง ฮีโมโกลบินในเม็ดเลือดแดง พบมากในประชากรไทยกว่า 70%
3. Albinism หรือ โรคผมขาวผิวขาวแว่นตาสีเทา จากความผิดปกติในการสร้างเม็ดสี