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Ungefähr wie viel Prozent der Mutationen sind nicht adaptiv?

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Viele populäre Texte, die Evolution und natürliche Selektion diskutieren, erwähnen oft, dass viele (oder die meisten) Mutationen schlecht (nicht adaptiv) sind.

Gibt es Studien zu den ungefähren Prozentsätzen? (Z. B. sind es 90 %? 99 %? 99,9 %? Wenn diese Zahl je nach Art variiert, könnte sich eine Antwort nur auf eine bestimmte Art konzentrieren.)


Wie aus dem McGrew-Kommentar hervorgeht, hängt dies dramatisch von der Form der Fitnesslandschaft ab. Es wird von Situation zu Situation ziemlich unterschiedlich sein.

Genauer gesagt interessieren Sie sich für die Verteilung von Fitnesseffekten (DFE) von Mutationen und speziell für den oberen Schwanz.

Wikipedia hat dazu einen Abschnitt. Darin vermerken sie eine Studie zu einem Virus, die darauf hindeutet, dass ~4% der Mutationen von Vorteil sind. Das mag eine Überschätzung sein, und viele davon sind wahrscheinlich nur sehr geringfügig von Vorteil. Wahrscheinlich ist die Zahl bei nicht-viralen Organismen geringer.

Eine Übersicht zum DFE neuer Mutationen finden Sie hier. Sie schreiben in ihrer Rubrik "Vorteilhafte Mutationen":

Erwartungsgemäß sind relativ wenige der nicht effektiv neutralen Mutationen vorteilhaft. In drei Mutagenese-Experimenten betrug der Anteil der vorteilhaften Mutationen 4 % beim RNA-Virus Vesicular Stomatitis Virus (VSV)15 (Abb. 1), 0 % bei Escherichia coli (14), 0-15% beim Bakteriophagen X174 (REF. 40), 0% bei φ6 (REF. 13) und 6% bei Saccharomyces cerevisiae (16).


Es ist notwendig zu unterscheiden Mutationen von Auswechslungen: der Einfachheit halber angenommen, dass eine Mutation an jeder Stelle der genetischen Sequenz auftreten kann, führen die meisten Mutationen zwangsläufig zu nicht-funktionalen Genomen. Auswechslungen, auf der anderen Seite sind Mutationen, die zu lebensfähigen Organismen geführt haben - sie können immer noch einen negativen Fitnesseffekt haben, aber nicht gerade schädlich.

Beachten Sie auch, dass nicht-adaptive Mutationen nicht unbedingt schlecht sind - die neutrale Evolutionstheorie sagt uns, dass sich Substitutionen aufgrund von Zufallseffekten in der Population fixieren können, ohne einen direkten Fitnessvorteil zu haben.

Bei Viren kann die Menge der Substitutionen sehr hoch sein - mehrere zehn Prozent, bis zu dem Punkt, dass Ad-hoc-Schwellenwerte eingeführt werden müssen, um Virusstämme zu unterscheiden, z. B. Viren, die sich um 30% ihres genetischen Inhalts unterscheiden. Wie viel davon adaptiv ist, hängt von der Form des Fitnesslandschaft, wie von @MaximilianPress notiert. Für HIV wurde beispielsweise gefunden, dass bis zu einem Drittel der Sequenzänderungen dazu neigen, in die ursprüngliche HIV-Sequenz zurückzukehren, d. h. eine wirtsspezifische Anpassung darstellen.

Klärung
Angesichts der anschließenden Diskussion möchte ich meiner Antwort einige Präzisierungen hinzufügen:

  • Mein Unterschied zwischen Mutationen und Auswechslungen ist im Wesentlichen der Unterschied zwischen den tatsächlich und der beobachtet Mutationen. Dies unterscheidet sich von der häufigeren Verwendung, bei der Auswechslung meint Punktmutation, mit Mutation ein allgemeinerer Begriff sein.
  • Da ich die neutrale Theorie erwähnt habe, muss angemerkt werden, dass die Gesamtheit ihrer Behauptungen nicht allgemein akzeptiert und/oder durch Daten gestützt wird. Darüber hinaus hängt seine Gültigkeit von den betreffenden Organismen ab. Meine Verwendung der neutralen Theorie beschränkt sich daher auf die Tatsache, dass adaptiv/nichtadaptiv nicht der einzige Faktor ist, der bestimmt, dass eine Mutation in der Population fixiert wird.

Harvard Molecular Geneticist bestätigt Michael Behes Hauptargument in Darwin devolviert

Wenn Michael Behes Buch Darwin devolviert kam letztes Jahr heraus, Kritiker stürzten sich schnell. Skeptisches Magazin schrieb, dass „In Darwin devolviert, Michael Behe ​​gräbt sich weiter in das Loch, das er vor 20 Jahren mit eröffnet hat Darwins Blackbox.” Drei Quarks täglich stellte fest, dass Behes zentrale These in dem Buch „Clickbait ist, der Buchtitel irreführend und das Argument längst widerlegt ist“.

Diese These nennt Behe ​​die „erste Regel der adaptiven Evolution“, nämlich dass Darwinsche Prozesse dazu neigen, „jedes funktionelle Gen zu brechen oder abzustumpfen, dessen Verlust die Zahl der Nachkommen einer Art erhöhen würde“. Eine Rezension in der Zeitschrift Wissenschaft nannte Behes Argumente „quixotisch“ und beschuldigte, „[t]hier gibt es tatsächlich viele Beispiele für Mutationen mit Funktionsverlust, die von Vorteil sind, aber Behe ​​ist in seinen Beispielen selektiv“ – so sehr, dass Behe ​​„die Theorie falsch darstellt und Beweise vermeidet, dass“ fordert ihn heraus.“

Eine Antwort in der Zeitschrift Evolution hatte folgendes zu sagen:

Prägnant, eingängig und nüchtern sorgt Behes First Rule für einen qualitativ hochwertigen Soundbite, ist jedoch zu simpel und den Daten gegenüber nicht wahrheitsgetreu. Darwin devolviert überbetont Mutationen mit Funktionsverlust und wischt gegenläufige Beispiele als nichts weiter als eine „Nebenschau“ ab.

Hier finden Sie viele Antworten auf die Kritiker, aber es lohnt sich dennoch, einige relevante Fragen zu wiederholen: Hat Behe ​​die Leser irregeführt, indem er die Bedeutung von Mutationen mit Verlust der Funktion betonte? Hat Behe ​​die Evolutionstheorie falsch dargestellt und Beweise ignoriert, indem er behauptete, dass Anpassungen tendenziell degradative Mutationen beinhalten? Hat sich Behe ​​in ein Loch gegraben, indem er behauptete, konstruktive Mutationen seien weniger verbreitet als solche, die Funktionen unterbrechen oder verringern? Wenn ein neuer Artikel Aktuelle Biologie bedeutet alles, die Kritiker sind nicht nur unhöflich, sondern schlichtweg falsch:

In der laborbasierten experimentellen Evolution neuartiger Phänotypen und der menschlichen Domestikation von Nutzpflanzen, Die Mehrzahl der Mutationen, die zu einer Anpassung führen, sind Loss-of-Function-Mutationen, die die Funktion von Genen beeinträchtigen oder eliminieren, und nicht Gain-of-Function-Mutationen, die die Funktion von Proteinen erhöhen oder qualitativ verändern. Hier spekuliere ich, dass der einfachere Zugang zu Mutationen mit Funktionsverlust dazu geführt hat, dass diese eine wichtige Rolle bei der adaptiven Strahlung spielen, die auftritt, wenn Populationen Zugang zu vielen unbesetzten ökologischen Nischen haben.

Andrew W. Murray, „Können Gen-inaktivierende Mutationen zu evolutionärer Neuheit führen?“ Aktuelle Biologie, 30(10) R465-R471 Hervorhebung hinzugefügt.

Adaptive Mutationen, die während der Zirkulation des H1N1-Influenzavirus beim Menschen während der Pandemie 2009 auftraten, erhöhen die Virulenz bei Mäusen

Während der H1N1-Grippepandemie 2009 waren die Infektionsraten bei jungen Menschen, die an einer Lungenentzündung mit gelegentlichem Tod litten, besonders hoch. Darüber hinaus waren die zuvor berichteten Determinanten der Anpassung und Pathogenität von Säugetieren in den pandemischen H1N1-Influenza-A-Viren von 2009 nicht vorhanden. Daher wurde vorgeschlagen, dass unbekannte virale Faktoren zum Schweregrad der Erkrankung beim Menschen beigetragen haben könnten. In dieser Studie führten wir eine vergleichende Analyse von zwei klinischen pandemischen H1N1-Stämmen aus dem Jahr 2009 durch, die zu den sehr frühen und späteren Phasen der Pandemie gehören. Wir identifizierten Mutationen im viralen Hämagglutinin (HA) und im Nukleoprotein (NP), die während des Verlaufs der Pandemie auftraten und bei Mäusen eine erhöhte Virulenz vermitteln. Das tödliche Krankheitsergebnis korrelierte mit einer erhöhten Virusreplikation im Alveolarepithel, erhöhten proinflammatorischen Zytokin- und Chemokinreaktionen, Lungenentzündung und Lymphopenie bei Mäusen. Diese Ergebnisse zeigen, dass virale Mutationen, die während der pandemischen Zirkulation beim Menschen aufgetreten sind, mit schweren Erkrankungen bei Mäusen verbunden sind.

Bedeutung: In dieser Studie wurden neue Determinanten der pandemischen H1N1-Influenza-Pathogenität von 2009 in den Genen für virales Hämagglutinin (HA) und Nukleoprotein (NP) identifiziert. Im Gegensatz zu hochpathogenen aviären Influenzaviren korrelierte eine erhöhte Virulenz bei Mäusen nicht mit einer erhöhten Polymeraseaktivität, sondern mit einer reduzierten Aktivität. Die tödliche pandemische H1N1-Infektion 2009 bei Mäusen korrelierte mit Lymphopenie und schwerer Lungenentzündung. Diese Studien legen nahe, dass sich die molekularen Mechanismen, die die Pathogenität der pandemischen H1N1-Influenza 2009 vermitteln, von denen unterscheiden, die die Pathogenität des Vogelgrippevirus bei Mäusen vermitteln.

Copyright © 2015, Amerikanische Gesellschaft für Mikrobiologie. Alle Rechte vorbehalten.

Figuren

Virulenz von rekombinantem 2009 pH1N1…

Virulenz rekombinanter 2009 pH1N1-Influenzaviren bei C57BL/6J-Mäusen. C57BL/6J-Mäuse waren…

Lungentropismus rekombinanter 2009…

Lungentropismus rekombinanter 2009 pH1N1-Influenzaviren bei C57BL/6J-Mäusen. C57BL/6J Mäuse…

2009 pH1N1-Aktivität der viralen Polymerase…

2009 pH1N1-Aktivität und Replikation der viralen Polymerase in Säugerzellen. Die Tertiärstruktur…

Zytokinantwort in rekombinantem 2009…

Zytokinantwort in rekombinanten 2009 pH1N1-infizierten menschlichen Lungenzellen. Menschliche Lungenzellen (A549)…

Lymphozytenzahl im rekombinanten 2009…

Lymphozytenzahlen in rekombinanten 2009 pH1N1-Virus-infizierten C57BL/6J-Mäusen. C75BL/6J-Mäuse waren entweder…

Virus-Lungentiter in rekombinanter…

Virus-Lungentiter bei rekombinanten 2009 pH1N1-Virus-infizierten C57BL/6J-Mäusen. C57BL/6J-Mäuse waren…


Zusammenfassung des Autors

Mutationen sind von zentraler Bedeutung in der Biologie. Es erzeugt genetische Variation, den Rohstoff der Evolution durch natürliche Selektion. Es kann Eigenschaften und Organismen verbessern, kann aber auch zu Phänomenen wie Krebszellen und antibiotikaresistenten Krankheitserregern führen. Eine Erhöhung der Mutationsrate kann die evolutionäre Anpassung beschleunigen, sogar über viele tausend Generationen in einer konstanten Umgebung. Unsere Studie beschreibt die Labor-Evolution von asexuellen Escherichia coli Stämme mit einer Reihe von Mutationsraten auf Niveaus, die in der Wildnis gefunden werden (vom Wildtyp bis zum starken Mutator). Unerwarteterweise war die evolutionäre Anpassung in den Populationen mit der höchsten Mutationsrate am stärksten eingeschränkt. Unsere Arbeit legt nahe, dass schädliche Mutationen die Anpassung bei niedrigeren Mutationsraten als bisher angenommen einschränken können.

Zitat: Sprouffske K, Aguilar-Rodríguez J, Sniegowski P, Wagner A (2018)Hohe Mutationsraten begrenzen die evolutionäre Anpassung in Escherichia coli. PLoS Genet 14(4): e1007324. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007324

Editor: Ivan Matic, Université Paris Descartes, INSERM U1001, FRANKREICH

Empfangen: 7. Juli 2017 Akzeptiert: 21. März 2018 Veröffentlicht: 27. April 2018

Urheberrechte ©: © 2018 Sprouffske et al. Dies ist ein Open-Access-Artikel, der unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution License vertrieben wird und die uneingeschränkte Verwendung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium gestattet, sofern der ursprüngliche Autor und die Quelle angegeben werden.

Datenverfügbarkeit: Alle Dateien sind in der Dryad-Datenbank verfügbar (doi:10.5061/dryad.mh206).

Finanzierung: KS dankt für die Unterstützung durch das Forschungskreditprogramm der Universität Zürich, Grant K-74301-03-0. AW dankt für die Unterstützung durch den ERC Advanced Grant 739874, durch den Schweizerischen Nationalfonds 31003A_146137, durch einen EpiphysX RTD Grant von SystemsX.ch sowie durch das University Priority Research Program in Evolutionary Biology der Universität Zürich. Die Geldgeber spielten keine Rolle beim Studiendesign, der Datenerhebung und -analyse, der Entscheidung zur Veröffentlichung oder der Erstellung des Manuskripts.

Konkurrierende Interessen: Die Autoren haben erklärt, dass keine konkurrierenden Interessen bestehen.


Bio-Auswahl, Bio-Auswahl, Plastizität

1897 veröffentlichte HF Osborn einen Artikel mit dem Titel „Organische Selektion“, in dem wir lesen: „Organische Selektion ist der von Professor Baldwin vorgeschlagene und von Professor Morgan und mir übernommene Begriff für diesen Prozess in der Natur, von dem angenommen wird, dass er einer der die wahren Ursachen einer bestimmten oder bestimmten Abweichung. Die Hypothese lautet kurz wie folgt: Diese ontogenetische Anpassung hat einen sehr tiefgreifenden Charakter. Es ermöglicht Tieren und Pflanzen, sehr kritische Veränderungen in ihrer Umwelt zu überleben. So werden alle Individuen einer Rasse über so lange Zeiträume in ähnlicher Weise modifiziert, dass ganz allmählich angeborene oder phylogenetische Variationen ausgewählt werden, die zufällig mit den ontogenetischen adaptiven Variationen zusammenfallen. Somit würde eine scheinbare, aber keine wirkliche Übertragung von erworbenen Charakteren resultieren. Diese Hypothese, wenn sie keine Beschränkungen hat, führt durch gegenseitige Zugeständnisse seitens der wesentlichen Positionen beider Theorien zu einer sehr unerwarteten Harmonie zwischen den Lamarckschen und Darwinschen Aspekten der Evolution. Während es die Übertragung erworbener Charaktere aufgibt, stellt es die individuelle Anpassung an erster Stelle und zufällige Variationen an zweiter Stelle, wie die Lamarckianer immer behauptet haben, anstatt die Überlebensbedingungen in erster Linie durch zufällige Variationen zu stellen, wie die Selektionisten behauptet haben“ (Osborn, 1897: 584) .

Organische Plastizität – die Fähigkeit, unerwartete Probleme zu lösen, das eigene Verhalten zu Lebzeiten den Umständen entsprechend anzupassen – ist ein universelles Merkmal aller Lebewesen. Dieses Merkmal bedarf keiner zusätzlichen evolutionären Erklärung, da es so universell ist wie das Leben selbst (West-Eberhard, 2003: 34). Einmal am Leben können Organismen nicht umhin, ihre organischen Bedürfnisse zu befriedigen, und dadurch können sie das Lernen nicht vollständig vermeiden. [Also kann Lernen als ein Mittel zur Erlangung von Anpassung angesehen werden. Es gibt verschiedene Lernmechanismen. Man kann davon ausgehen, dass ontogenetisches Lernen auf einem Mechanismus basiert, der auf intraorganismischer oder histologischer Ebene analog zur natürlichen Selektion ist, dies ist jedoch im Allgemeinen nicht der Fall (siehe z et al., 2010 Kirby, 2000).] Organische Plastizität (im Unterschied zu Transformationen in unbelebten Systemen) sollte als eine Veränderung verstanden werden, die Alternativen hat – es sollte auch möglich sein, sich so zu verhalten, dass es nicht den Bedürfnissen entspricht, es sollte möglich sein, Fehler zu machen. In diesem Fall können wir sagen, dass organische Selektion – oder besser gesagt organische Selektion durch Organismen – unvermeidlich ist. Wenn eine Population von Organismen mit einer gemeinsamen Änderung der Bedingungen konfrontiert ist, können alle Organismen in der Population gleichzeitig und auf ähnliche Weise reagieren. Die Rolle der organischen Plastizität in der Evolution hängt jedoch von den Mechanismen ab, die die Ergebnisse der organischen Wahl irreversibel machen können.

Tatsächlich fährt Osborn in dem Artikel über die biologische Selektion fort: „Diese Hypothese wurde von Alfred Wallace unterstützt. Es scheint mir jedoch, dass sie Beschränkungen und Ausnahmen unterliegt, die ihre universelle Anwendbarkeit bei weitem zunichte machen. Dies zeigt sich insbesondere in der Tatsache, dass beobachtet wird, dass das Gesetz der bestimmten Variation bei bestimmten Strukturen, wie den Zähnen, die nicht durch individuellen Gebrauch oder Training verbessert werden, mit gleicher Kraft wirkt, wie bei so verbesserten Strukturen“ (Osborn, 1897: 584–585). Um dieses Zögern (das bei den Interpretationen des Baldwin-Effekts immer wieder verwendet wurde) zu verstehen, sollte ich darauf hinweisen, dass es bis in die letzten Jahrzehnte fast keine Kenntnisse über die Dynamik von Genexpressionsmustern gab.

Der organische Selektionsmechanismus ist ein Mechanismus, der sich vom natürlichen Selektionsmechanismus unterscheidet. Wahrscheinlich sind beide in der Evolution am Werk, aber ihre relativen Rollen müssen durch empirische Studien entdeckt werden. Wenn dies der Fall ist, ist es theoretisch möglich, dass in manchen Fällen eine adaptive evolutionäre Veränderung ohne natürliche Selektion stattfindet.

Die organische Selektion ist ein möglicher Bestandteil des evolutionären Mechanismus, der andere Teil desselben Mechanismus ist die natürliche Selektion. In diesem Fall kann es sein, dass die natürliche Selektion bei einer adaptiven evolutionären Veränderung nie fehlt.

Tatsächlich konnten die Befürworter der organischen Selektion die Einbeziehung der natürlichen Selektion in den von ihnen vorgeschlagenen Mechanismus meist nicht vollständig vermeiden. Dies gilt für die meisten Interpretationen der organischen Selektion oder des Baldwin-Effekts von HF Osborn und seinen Zeitgenossen (siehe auch Bowler, 1983), der genetischen Assimilation, wie sie von CH Waddington beschrieben wurde (Waddington, 1953a, b, 1956), der Nischen- Konstruktion wie von Odling-Smee, Laland & Feldman (2003) beschrieben, oder der epigenetischen Evolution von Jablonka & Lamb (2005). Daher scheinen sie alle (2) zu akzeptieren, aber nicht (1). [Allerdings gibt es einige Arbeiten, die die radikale Behauptung aufstellen, ähnlich der hier geäußerten Ansicht, dass natürliche Selektion für die Anpassung nicht notwendig ist – siehe zum Beispiel Jablonka & Lamb (2008), Margulis & Sagan (2002) und Watson et al. (2010).] Lassen Sie mich nun für die Möglichkeit argumentieren, (1) zu akzeptieren.


Ungefähr wie viel Prozent der Mutationen sind nicht adaptiv? - Biologie

Mutationen können für den Organismus nützlich, neutral oder schädlich sein, aber Mutationen "versuchen" nicht, das zu liefern, was der Organismus "braucht". Faktoren in der Umgebung können die Mutationsrate beeinflussen, aber es wird allgemein nicht angenommen, dass sie die Mutationsrichtung beeinflussen. Zum Beispiel kann die Exposition gegenüber schädlichen Chemikalien die Mutationsrate erhöhen, verursacht jedoch keine weiteren Mutationen, die den Organismus gegen diese Chemikalien resistent machen. In dieser Hinsicht sind Mutationen zufällig – ob eine bestimmte Mutation auftritt oder nicht, hängt nicht davon ab, wie nützlich diese Mutation wäre.

In den USA zum Beispiel, wo die Menschen Zugang zu Shampoos mit Chemikalien haben, die Läuse abtöten, gibt es viele Läuse, die gegen diese Chemikalien resistent sind. Dafür gibt es zwei mögliche Erklärungen:

Hypothese A: Hypothese B:
Resistente Läusestämme gab es schon immer — und sind jetzt nur noch häufiger, weil alle nicht resistenten Läuse plötzlich gestorben sind. Die Exposition gegenüber Läuseshampoo verursachte tatsächlich Mutationen für die Resistenz gegen das Shampoo.

Wissenschaftler glauben im Allgemeinen, dass die erste Erklärung die richtige ist und dass gerichtete Mutationen, die zweite mögliche Erklärung, die auf nicht zufälligen Mutationen beruht, nicht richtig ist.

Forscher haben viele Experimente in diesem Bereich durchgeführt. Obwohl die Ergebnisse auf verschiedene Weise interpretiert werden können, unterstützt keine eindeutig die gerichtete Mutation. Trotzdem forschen Wissenschaftler immer noch, die für dieses Thema relevante Beweise liefern.

Darüber hinaus haben Experimente deutlich gemacht, dass viele Mutationen tatsächlich zufällig sind und nicht aufgetreten sind, weil der Organismus in eine Situation gebracht wurde, in der die Mutation nützlich wäre. Wenn Sie beispielsweise Bakterien einem Antibiotikum aussetzen, werden Sie wahrscheinlich eine erhöhte Prävalenz von Antibiotikaresistenzen beobachten. Esther und Joshua Lederberg stellten fest, dass viele dieser Mutationen für Antibiotikaresistenzen in der Bevölkerung existierten, noch bevor die Bevölkerung dem Antibiotikum ausgesetzt war — und dass die Exposition gegenüber dem Antibiotikum nicht zum Auftreten dieser neuen resistenten Mutanten führte.

Das Lederberg-Experiment
Im Jahr 1952 führten Esther und Joshua Lederberg ein Experiment durch, das half zu zeigen, dass viele Mutationen zufällig und nicht gerichtet sind. In diesem Experiment nutzten sie die Leichtigkeit, mit der Bakterien gezüchtet und gepflegt werden können. Bakterien wachsen auf Platten zu isolierten Kolonien. Diese Kolonien können von einer Originalplatte auf neue Platten reproduziert werden, indem die Originalplatte mit einem Tuch "gestampft" wird und dann leere Platten mit demselben Tuch gestempelt werden. Bakterien von jeder Kolonie werden auf dem Tuch aufgenommen und dann durch das Tuch auf den neuen Platten abgelagert.

Esther und Joshua stellten die Hypothese auf, dass antibiotikaresistente Bakterienstämme, die eine Anwendung von Antibiotika überlebten, die Resistenz vor ihrer Exposition gegenüber den Antibiotika hatten, nicht als Folge der Exposition. Ihr Versuchsaufbau ist im Folgenden zusammengefasst:

Wenn die Originalplatte mit Penicillin gewaschen wird, leben dieselben Kolonien (die in Position X und Y) —, obwohl diese Kolonien auf der Originalplatte noch nie zuvor auf Penicillin gestoßen sind.


Auswirkungen von Mutationen

Am häufigsten kommen Mutationen als Ursache für verschiedene Krankheiten in den Sinn. Obwohl es mehrere solcher Beispiele gibt (einige davon sind unten aufgeführt), sind laut Genetics Home Reference Handbook krankheitsverursachende Mutationen in der allgemeinen Bevölkerung normalerweise nicht sehr verbreitet.

Das Fragile-X-Syndrom wird durch eine dynamische Mutation verursacht und tritt bei 1 von 4.000 Männern und 1 von 8.000 Frauen auf. Dynamische Mutationen sind ziemlich heimtückisch, da die Schwere der Erkrankung mit zunehmender Anzahl von Nukleotidwiederholungen zunehmen kann. Bei Patienten mit fragilem X-Syndrom wiederholt sich die Nukleotidsequenz CGG mehr als 200 Mal innerhalb eines Gens namens FMR1 (wobei die normale Zahl zwischen 5 und 40 Wiederholungen liegt). Diese hohe Anzahl von CGG-Wiederholungen führt zu verzögerten Sprach- und Sprachfähigkeiten, einem gewissen Grad an geistiger Behinderung, Angst und hyperaktivem Verhalten. Bei denen mit weniger Wiederholungen (55-200 Wiederholungen) gelten die meisten jedoch als normaler Intellekt. Seit der FMR1 Gen auf dem X-Chromosom liegt, ist diese Mutation auch vererbbar.

Eine Variante des erwachsenen Hämoglobins, bekannt als Hämoglobin S, kann aufgrund einer Missense-Mutation auftreten, die bewirkt, dass die Aminosäure Valin die Glutaminsäure ersetzt. Wenn man das abweichende Gen von beiden Elternteilen erbt, führt dies zu einer Krankheit, die als Sichelzellenanämie bekannt ist. Die Krankheit hat ihren Namen von der Tatsache, dass sich rote Blutkörperchen, die normalerweise scheibenförmig sind, zusammenziehen und einer Sichel ähneln. Diejenigen mit dieser Erkrankung leiden an Anämie, regelmäßigen Infektionen und Schmerzen. Schätzungen gehen davon aus, dass die Erkrankung bei 1 von 500 Afroamerikanern und etwa 1 von 1.000 bis 1.400 hispanischen Amerikanern auftritt.

Mutationen können auch aufgrund von Umweltfaktoren auftreten. Laut einem 2001 im Journal Biomedicine and Biotechnology veröffentlichten Artikel sind die UV-Strahlen der Sonne, insbesondere die UV-B-Wellen, dafür verantwortlich, Mutationen in einem Tumorsuppressorgen namens . zu verursachenp53. Das mutierte p53 Gen wird mit Hautkrebs in Verbindung gebracht.

Mutationen haben andere wichtige Implikationen. Sie erzeugen Variation innerhalb der Gene in einer Population. Laut dem Genetics Home Resource Handbook werden genetische Varianten, die in mehr als 1 Prozent einer Bevölkerung vorkommen, als Polymorphismen bezeichnet. Die unterschiedlichen Augen- und Haarfarben sowie die verschiedenen Blutgruppen, die auftreten können, sind auf Polymorphismen zurückzuführen.

Im weitesten Sinne können Mutationen auch als Werkzeuge der Evolution fungieren und bei der Entwicklung neuer Merkmale, Eigenschaften oder Arten helfen. &bdquoDie Anhäufung mehrerer Mutationen in einem einzigen Signalweg oder in Genen, die an einem einzigen Entwicklungsprogramm teilnehmen, ist wahrscheinlich für die Artbildung [die Schaffung einer neuen Art] verantwortlich&rdquo, sagte Boekhoff-Falk.

Laut der vom University of California Museum of Paleontology veröffentlichten Ressource Understanding Evolution spielen nur Keimbahnmutationen eine Rolle in der Evolution, da sie vererbbar sind. Es ist auch wichtig zu beachten, dass Mutationen zufällig sind, das heißt, sie treten nicht auf, um irgendwelche Anforderungen für eine bestimmte Population zu erfüllen.


Nicht ganz zufällig

Da der Darwinismus kein bestimmtes Ziel oder keinen bestimmten Plan haben kann, wurde außerdem allgemein angenommen, dass Mutationen zufällig sein müssen. Zumindest müssen sie in ihrer Nützlichkeit zufällig sein, wenn nicht in ihrer DNA-Position. Mutationen würden nicht auftreten, weil der Organismus sie braucht. Vielmehr können sie keinen beabsichtigten Zweck oder vorsätzlichen Vorteil haben. Mutationen verändern zufällig die Eigenschaften des Organismus, und die natürliche Selektion bestimmt, ob die veränderte Eigenschaft für den Organismus nützlich ist. Das ist klassischer Neodarwinismus.

Zufälligkeit war auch ein notwendiger Grundsatz, um den Neodarwinismus von der Lamarckschen Evolution zu trennen, die voraussagte, dass Organismen auf der Grundlage von Umweltfaktoren Merkmale entwickeln können – und diese Merkmale können von nachfolgenden Generationen vererbt werden. Darüber hinaus wurde die Zufälligkeit als notwendig erachtet, um jeden Hinweis auf göttliche Führung oder intelligente Programmierung auszuschließen. Dies war jedoch eher ein philosophisches als ein wissenschaftliches Paradigma, da es immer keinen direkten Beweis dafür gab, dass alle Mutationen vollständig zufällig sind.4

Kürzlich durchgeführte Studien haben unterschiedliche Muster bei der Lokalisation von Mutationen auf der DNA gefunden, und nicht eine zufällige Streuung.5 In Bereichen mit hoher Genexpression treten weitaus weniger Mutationen auf, das Gegenteil von dem, was man vorhersagen würde, da der Darwinismus dramatische Veränderungen der Genexpression erfordert.6 Es ist seit langem bekannt, dass DNA „Hotspots“ enthält – Orte, an denen Mutationen mit größerer Wahrscheinlichkeit auftreten.7 Die genauen und vorhersagbaren Orte vieler Mutationen weisen jedoch auf eine Beteiligung von mehr als nur „Hotspots“ hin.

Da die DNA-Lokation vieler Mutationen nicht zufällig ist, stellt dies eine häufig von Evolutionsbiologen aufgestellte Annahme in Frage. Wenn zwei Organismen nahezu identische Mutationen aufweisen, gehen Biologen oft davon aus, dass dies ein Beweis für eine gemeinsame Evolutionsgeschichte ist. Die identischen Mutationen müssen von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt worden sein. Das gemeinsame Mutationsmuster zeigt vermutlich eine darwinistische Abstammung.

Diese Argumentation geht jedoch davon aus, dass Mutationen zufällig über die DNA verstreut sind. Daher ist die einzige Möglichkeit, wie zwei Organismen identische Mutationen teilen können, eine gemeinsame Abstammung. Da jedoch viele Mutationen nicht zufällig lokalisiert sind, könnten gemeinsame Mutationen eher aus gemeinsamen Mutations-Hotspots als aus einer gemeinsamen Evolutionsgeschichte resultieren. Somit bestätigen identische Mutationen nicht die Darwinsche Abstammung.


Gene sind kein Schicksal

Gene beeinflussen jeden Aspekt der menschlichen Physiologie, Entwicklung und Anpassung. Fettleibigkeit ist keine Ausnahme. Über die spezifischen Gene, die zu Fettleibigkeit beitragen, und das Ausmaß der sogenannten “genetischen Umweltinteraktionen”, dem komplexen Zusammenspiel zwischen unserer genetischen Ausstattung und unseren Lebenserfahrungen, ist jedoch relativ wenig bekannt.

Eine Studie aus dem Jahr 2014 ergab, dass der Verzehr von frittierten Lebensmitteln mit Genen im Zusammenhang mit Fettleibigkeit interagieren könnte, was die Bedeutung der Reduzierung des Verzehrs von frittierten Lebensmitteln bei Personen mit genetischer Prädisposition für Fettleibigkeit unterstreicht. (21)Die Suche nach menschlichen Adipositas-Genen begann vor mehreren Jahrzehnten. Rasante Fortschritte in der Molekularbiologie und der Erfolg des Humangenomprojekts haben die Suche intensiviert. Diese Arbeit hat mehrere genetische Faktoren beleuchtet, die für sehr seltene Einzelgen-Formen der Fettleibigkeit verantwortlich sind. Neue Forschungen haben auch damit begonnen, die genetischen Grundlagen der sogenannten „gewöhnlichen“ Fettleibigkeit zu identifizieren, die von Dutzenden, wenn nicht Hunderten von Genen beeinflusst wird. Darüber hinaus bringt die Erforschung des Zusammenhangs zwischen bestimmten Lebensmitteln und Fettleibigkeit mehr Licht in die Wechselwirkung zwischen Ernährung, Genen und Fettleibigkeit.

Aus diesen frühen Erkenntnissen wird immer deutlicher, dass bisher identifizierte genetische Faktoren nur einen geringen Beitrag zum Fettleibigkeitsrisiko leisten – und dass unsere Gene nicht unser Schicksal sind: Viele Menschen, die diese sogenannten „Adipositas-Gene“ tragen, tun dies nicht übergewichtig werden, und ein gesunder Lebensstil kann diesen genetischen Auswirkungen entgegenwirken. Dieser Artikel skizziert kurz den Beitrag von Genen und Gen-Umwelt-Interaktionen zur Entstehung von Fettleibigkeit.

Seltene Formen der Fettleibigkeit durch Mutationen in einem einzelnen Gen (monogene Fettleibigkeit)

Mehrere seltene Formen der Adipositas resultieren aus spontanen Mutationen in einzelnen Genen, sogenannten monogenen Mutationen. Solche Mutationen wurden in Genen entdeckt, die eine wesentliche Rolle bei der Appetitkontrolle, der Nahrungsaufnahme und der Energiehomöostase spielen – hauptsächlich in Genen, die unter anderem für das Hormon Leptin, den Leptin-Rezeptor, Pro-Opiomelanocortin und den Melanocortin-4-Rezeptor kodieren . (1)

Fettleibigkeit ist auch ein Kennzeichen mehrerer genetischer Syndrome, die durch Mutationen oder Chromosomenanomalien verursacht werden, wie das Prader-Willi- und das Bardet-Biedl-Syndrom. Bei diesen Syndromen wird Fettleibigkeit oft von geistiger Behinderung, Reproduktionsanomalien oder anderen Problemen begleitet. (2)

“Gemeinsame Fettleibigkeit” durch Mutationen in mehreren Genen verursacht

Im 21. Jahrhundert ist Fettleibigkeit ein Gesundheitsproblem, das reiche und arme, gebildete und ungebildete, verwestlichte und nicht verwestlichte Gesellschaften betrifft. Der Körperfettanteil variiert jedoch von Person zu Person, und manche Menschen haben schon immer dazu tendiert, etwas mehr Körperfett zu haben als andere. Hinweise aus Tiermodellen, Human-Linkage-Studien, Zwillingsstudien und Assoziationsstudien großer Populationen legen nahe, dass diese Variation unserer Anfälligkeit für Fettleibigkeit eine genetische Komponente hat. Aber anstatt durch ein einzelnes Gen gesteuert zu werden, wird angenommen, dass die Anfälligkeit für allgemeine Fettleibigkeit von vielen Genen beeinflusst wird (polygen).

Zwillingsstudien bieten einen Einblick in die Genetik der gemeinsamen Fettleibigkeit. Basierend auf Daten von mehr als 25.000 Zwillingspaaren und 50.000 leiblichen und Adoptivfamilienmitgliedern betragen die Schätzungen für die mittleren Korrelationen für den Body-Mass-Index (BMI) 0,74 für eineiige (“ eineiige”) Zwillinge, 0,32 für zweieiige (“brüderliche” 8221) Zwillinge, 0,25 für Geschwister, 0,19 für Eltern-Nachkommen-Paare, 0,06 für Adoptivverwandte und 0,12 für Ehepartner. (3) Die starke Korrelation für den BMI zwischen eineiigen Zwillingen und seine Abschwächung bei geringeren Graden gemeinsamer Gene legen einen starken genetischen Einfluss auf den BMI nahe. Diese Schlussfolgerung basiert jedoch auf der Annahme, dass eineiige und zweieiige Zwillinge den gleichen Grad an gemeinsamer Umgebung haben – und diese Annahme ist in der Praxis möglicherweise nicht zutreffend.

Verwendung genomweiter Assoziationsstudien zur Identifizierung von Adipositas-bezogenen Genen

Eine genomweite Assoziationsstudie scannt Hunderttausende von genetischen Markern bei Tausenden von Individuen und vollständiger DNA-Sätze, um Genvariationen zu finden, die mit einer bestimmten Krankheit in Verbindung stehen könnten. Anhand dieser Studien lassen sich Genvariationen finden, die bei häufigen, komplexen Erkrankungen wie Adipositas eine Rolle spielen. Oft kann eine Veränderung in nur einem kleinen Abschnitt der DNA, die für ein Gen kodiert, die Wirkung des Gens beeinflussen. Diese winzigen DNA-Variationen, die als “genvarianten” oder “single-nucleotide polymorphisms” (SNPs) bezeichnet werden, sind oft mit dem Krankheitsrisiko verbunden.

Im Jahr 2007 identifizierten Forscher mit genomweiten Assoziationsstudien die ersten mit Fettleibigkeit zusammenhängenden Genvarianten im sogenannten “fat mass and obesity-associated” (FTO)-Gen auf Chromosom 16. (4, 5) Diese Genvarianten sind ziemlich häufig, und Menschen, die eine tragen, haben ein um 20 bis 30 Prozent höheres Risiko für Fettleibigkeit als Menschen, die dies nicht tun. Die zweite Adipositas-assoziierte Genvariante, die die Forscher identifizierten, liegt auf Chromosom 18, in der Nähe des Melanocortin-4-Rezeptorgens (dasselbe Gen, das für eine seltene Form der monogenen Fettleibigkeit verantwortlich ist). (6, 7)

Bis heute haben genomweite Assoziationsstudien mehr als 30 Kandidatengene auf 12 Chromosomen identifiziert, die mit dem Body-Mass-Index in Verbindung gebracht werden. (8󈝶) Es ist wichtig zu bedenken, dass selbst das vielversprechendste dieser Kandidatengene, FTO, nur einen kleinen Teil der genbedingten Anfälligkeit für Fettleibigkeit ausmacht. (11)

Gen-Umwelt-Interaktionen: Warum Vererbung kein Schicksal ist

Es ist unwahrscheinlich, dass genetische Veränderungen die schnelle Ausbreitung von Fettleibigkeit auf der ganzen Welt erklären. (1) Das liegt daran, dass das “-Gen die Häufigkeit verschiedener Gene in einer Population zusammenfasst – für viele Generationen ziemlich stabil bleibt. Es dauert lange, bis sich neue Mutationen oder Polymorphismen ausbreiten. Wenn unsere Gene also weitgehend gleich geblieben sind, was hat sich dann in den letzten 40 Jahren mit steigenden Fettleibigkeitsraten geändert? Unsere Umwelt: die physische, soziale, politische und wirtschaftliche Umgebung, die beeinflusst, wie viel wir essen und wie aktiv wir sind. Umweltveränderungen, die es den Menschen leichter machen, zu viel zu essen, und es schwieriger für die Menschen, sich ausreichend zu bewegen, haben eine Schlüsselrolle bei der Auslösung des jüngsten Anstiegs von Übergewicht und Fettleibigkeit gespielt. (12)

Die Arbeit an Adipositas-bedingten Gen-Umwelt-Interaktionen steckt noch in den Kinderschuhen. Die bisherigen Beweise deuten darauf hin, dass genetische Veranlagung kein Schicksal ist – viele Menschen, die sogenannte “Adipositas-Gene” tragen, werden nicht übergewichtig. Vielmehr scheint es, dass eine gesunde Ernährung und ausreichend Bewegung einem Teil des genbedingten Fettleibigkeitsrisikos entgegenwirken können.

Im Jahr 2008 haben Andreasen und Kollegen beispielsweise gezeigt, dass körperliche Aktivität die Auswirkungen eines fettleibigkeitsfördernden Gens, einer häufigen Variante von FTO, ausgleicht. Die Studie, die an 17.058 Dänen durchgeführt wurde, ergab, dass Menschen, die das fettleibigkeitsfördernde Gen trugen und die inaktiv waren, einen höheren BMI hatten als Menschen ohne die Genvariante, die inaktiv waren. Eine genetische Veranlagung für Adipositas schien jedoch für aktive Menschen keine Rolle zu spielen: Ihr BMI war nicht höher oder niedriger als der von Menschen ohne das Adipositas-Gen. (fünfzehn)

Nachfolgende Arbeiten zum Zusammenhang zwischen dem FTO-Gen, körperlicher Aktivität und Fettleibigkeit ergaben widersprüchliche Ergebnisse. (16󈝾) Um zu einer definitiveren Antwort zu gelangen, kombinierten und analysierten die Ermittler kürzlich die Daten aus 45 Studien mit Erwachsenen und 9 Studien mit Kindern – insgesamt fast 240.000 Personen. (19) Sie fanden heraus, dass Menschen, die die fettleibigkeitsfördernde FTO-Genvariante trugen, ein 23 Prozent höheres Risiko für Fettleibigkeit hatten als diejenigen, die dies nicht taten. Aber auch hier senkte körperliche Aktivität das Risiko: Aktive Erwachsene, die das fettleibigkeitsfördernde Gen trugen, hatten ein um 30 Prozent geringeres Risiko für Fettleibigkeit als inaktive Erwachsene, die das Gen trugen.

Die meisten Menschen haben wahrscheinlich eine genetische Veranlagung für Fettleibigkeit, abhängig von ihrer Familiengeschichte und ethnischen Zugehörigkeit. Der Übergang von einer genetischen Veranlagung zu Fettleibigkeit selbst erfordert im Allgemeinen eine Änderung der Ernährung, des Lebensstils oder anderer Umweltfaktoren. Einige dieser Änderungen umfassen Folgendes:

  • die Verfügbarkeit von Lebensmitteln zu jeder Tageszeit und an Orten, an denen früher keine Lebensmittel verkauft wurden, wie Tankstellen, Apotheken und Bürobedarfsgeschäfte
  • ein dramatischer Rückgang der körperlichen Aktivität bei der Arbeit, bei häuslichen Aktivitäten und in der Freizeit, insbesondere bei Kindern
  • mehr Zeit mit Fernsehen, Computern und anderen sitzenden Tätigkeiten verbringen und
  • der Zustrom von stark verarbeiteten Lebensmitteln, Fast Food und zuckergesüßten Getränken sowie die allgegenwärtigen Marketingkampagnen, die diese fördern.

Fazit: Gesunde Umgebungen und Lebensstile können genbedingten Risiken entgegenwirken

Ein besseres Verständnis der genetischen Beiträge zu Fettleibigkeit – insbesondere der allgemeinen Fettleibigkeit – und der Gen-Umwelt-Interaktionen wird zu einem besseren Verständnis der kausalen Pfade führen, die zu Fettleibigkeit führen. Solche Informationen könnten eines Tages vielversprechende Strategien zur Prävention und Behandlung von Fettleibigkeit hervorbringen. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass der Beitrag der Gene zum Fettleibigkeitsrisiko insgesamt gering ist, während der Beitrag unserer giftigen Nahrungsmittel- und Aktivitätsumgebung enorm ist. Wie ein Wissenschaftler schrieb: “Gene können mitbestimmen, wer fettleibig wird, aber unsere Umwelt bestimmt, wie viele fettleibig werden.” (20) Deshalb müssen sich die Bemühungen zur Prävention von Fettleibigkeit darauf konzentrieren, unsere Umwelt zu verändern, um gesunde Entscheidungen einfacher zu machen , für alle.

Verweise

1. Hu F. Genetische Prädiktoren für Fettleibigkeit. In: Hu F, Hrsg. Adipositas-Epidemiologie. New York City: Oxford University Press, 2008 437-460.

2. Farooqi S, O’Rahilly S. Genetik der Fettleibigkeit beim Menschen. Endocr Rev. 2006 27:710-18.

3. Maes HH, Neale MC, Traufe LJ. Genetische und Umweltfaktoren des relativen Körpergewichts und der menschlichen Adipositas. Verhalten Genet. 1997 27:325-51.

4. C. Dina, D. Meyre, S. Gallina et al. Eine Variation der FTO trägt zu Fettleibigkeit bei Kindern und schwerer Fettleibigkeit bei Erwachsenen bei. Nat Genet. 2007 39:724-6.

5. Frayling TM, Timpson NJ, Weedon MN et al. Eine häufige Variante des FTO-Gens ist mit dem Body-Mass-Index verbunden und prädisponiert für Fettleibigkeit bei Kindern und Erwachsenen. Wissenschaft. 2007 316:889-94.

6. Loos RJ, Lindgren CM, Li S, et al. Häufige Varianten in der Nähe von MC4R sind mit Fettmasse, Gewicht und Fettleibigkeitsrisiko verbunden. Nat Genet. 2008 40:768-75.

7. Qi L, Kraft P, Hunter DJ, Hu FB. Die häufige Adipositas-Variante in der Nähe des MC4R-Gens ist mit einer höheren Aufnahme von Gesamtenergie und Nahrungsfett, Gewichtsveränderungen und Diabetesrisiko bei Frauen verbunden. Hum Mol Genet. 2008 17:3502-8.

8. O’Rahilly S. Humangenetik beleuchtet die Wege zu Stoffwechselerkrankungen. Natur. 2009 462:307-14.

9. Speliotes EK, Willer CJ, Berndt SI, et al. Association analyses of 249,796 individuals reveal eighteen new loci associated with body mass index. Nat Genet. 2010 42:937-48.

10. Heid IM, Jackson AU, Randall JC. Meta-analysis identifies 13 novel loci associated with waist-hip ratio and reveals sexual dimorphism in the genetic basis of fat distribution. Nat Genet. 2010 42:949-60.

11. Walley AJ, Asher JE, Froguel P. The genetic contribution to non-syndromic human obesity. Nat. Rev Genet. 2009 10:431-42.

12. Qi L, Cho YA. Gene-environment interaction and obesity. Nutr Rev. 2008 66:684-94.

15. Andreasen CH, Stender-Petersen KL, Mogensen MS, et al. Low physical activity accentuates the effect of the FTO rs9939609 polymorphism on body fat accumulation. Diabetes. 2008 57:95-101.

16. Rampersaud E, Mitchell BD, Pollin TI, et al. Physical activity and the association of common FTO gene variants with body mass index and obesity. Arch Intern Med. 2008 168:1791-7.

17. Ruiz JR, Labayen I, Ortega FB, et al. Attenuation of the effect of the FTO rs9939609 polymorphism on total and central body fat by physical activity in adolescents: the HELENA study. Arch Pediatr Adolesc Med. 2010 164:328-33.

18. Jonsson A, Renstrom F, Lyssenko V, et al. Assessing the effect of interaction between an FTO variant (rs9939609) and physical activity on obesity in 15,925 Swedish and 2,511 Finnish adults. Diabetologia. 2009 52:1334-8.

19. KilpelinenTO, Qi L, Brage S, et al.Physical activity attenuates the influence of FTO variants on obesity risk: a meta-analysis of 218,166 adults and 19,268 children. PLoS Med. 20118:e1001116. Epub 2011 Nov 1.

20. Veerman JL. On the futility of screening for genes that make you fat. PLoS Med. 2011 Nov8(11):e1001114. Epub 2011 Nov 1.

21. Qi, Q, Chu, AY, Kang, JH, Huang, J, Rose, LM, Jensen, MK, Liang, L, Curhan, GC, Pasquale, LR, Wiggs, JL, De Vivo, I, Chan, AT, Choi, HK, Tamimi, RM, Ridker, PM, Hunter, DJ, Willett, WC, Rimm, EB, Chasman, DI, Hu, FB, Qi, L. (2014). Fried food consumption, genetic risk, and body mass index: gene-diet interaction analysis in three US cohort studies. BMJ 19348:g1610.

22. Asai M Ramachandrappa S Joachim M Shen Y Zhang R Nuthalapati N Ramanathan V Strochlic, DE Ferket P Linhart K, Ho C Novoselova, TV Garg S Ridderstr


Persistence of Deleterious Mutations

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Despite their harmful nature, why do deleterious genes persist in the genome of organisms? This could be due to a number of reasons, such as the rate of elimination of these mutations may be low compared to the rate at which they appear. Other probable reasons are as follows.

Heterozygote Advantage

This is the condition where the possession of two different copies of a gene (wild-type and mutant) is beneficial to the organism, rather than detrimental. An example of this is the mutation that occurs in the hemoglobin gene, resulting in the condition called sickle cell anemia (SCA). In this case, the homozygote for the mutant allele will show a deleterious effect, i.e, the individual will suffer from SCA (all RBCs will be sickle-shaped). However, if the individual is a heterozygote, the recessive nature of the condition will render him a carrier (Partial sickling of RBCs) of the condition. This is beneficial, since the malarial parasite P. falciparum that infects red blood cells and deprives them of oxygen will be unable to infect the sickled cells and lead to a malarial infection. In other words, the partial sickling of RBCs of a carrier render that person immune to malaria. On the other hand, a wild-type homozygote individual would be susceptible to the malarial infection.

No Effect on Reproductive Fitness

In some cases, the deleterious effect of the mutation is exhibited at a later stage in life, by when the reproductive stage of the organism has already elapsed. Hence, the mutations are passed on despite their harmful nature, as the effect does not interfere or exhibit itself during the reproductive stage. An example of this is the trinucleotide repeat mutations seen in the HD gene that causes Huntington’s disease. In this case, the effects of the disease are seen after the age of 40, and till then, the individual has already reproduced and passed this deleterious mutation onto the offspring. Despite this affecting the fitness of the individual, it persists, since it does not affect the reproductive fitness of the individual, but merely shortens the lifespan.

Maintained by Mutations

Some mutations may keep arising in certain genes despite the elimination efforts taken by the organisms genome. This may be due to the hyper-mutable nature of the gene, and also because the gene maybe too vital to tamper with (to prevent the induction of other accidental errors). An example of this is the NF gene, which when mutated, gives rise to a condition called neurofibromatosis, that causes tumors of the nervous system. Here, it may be difficult to remove the mutation, since any unwanted disruption in the gene sequence will only cause further damage. Also, even in case this mutation is eliminated, the gene does have a high tendency to mutate almost 1 in every 4,000 gametes possesses new mutations of this gene.

Maintained by Gene Flow

This refers to the prevalence of a mutated gene copy in a population to its introduction by another population that has migrated to the same location. As mentioned above, the SCA mutation is beneficial to areas with rampant malaria, as is the case with the regions of the African continent. However, when the carriers residing in this area migrated to other countries with a low incidence of malaria, the SCA mutation was introduced into the populations of those countries. Therefore, human migration brought about the flow of genetic material from Africa to other countries, where this mutation, in the absence of malarial incidence, was purely detrimental.

Polyploidy of Genome

Deleterious mutations are usually recessive in nature. If a haploid organism possesses a deleterious mutation, the effect can be readily observed, crippling the organisms fitness, and resulting in its demise. However, in case the organism is a diploid or polyploid with multiple alleles of a gene, the detrimental effect can be silenced or overridden by the presence of a fully functional wild-type allele. While this prevents the expression of the mutated allele, it does not eliminate it, causing it to persist in the population, till two individuals with the same allele reproduce and give rise to an offspring that will suffer the deleterious effects of the mutation.

Although the cellular repair machinery, along with the proofreading mechanisms, try to eliminate the mutations, certain mutations are not rectified or are actively conserved (as explained above). The accumulation of mutations, by this way, over the course of several generations, leads to an effect called Muller’s ratchet, which may lead to the extinction of the species of that organism. This effect is a principle studied in reference to the extinction of species, and the effort to conserve those on the brink of extinction.

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