ان هنالك الكثير من النقاشات بين العلماء حول أنواع الطفرات. وعليه، صنفت الطفرات بشكل متنوع على أساس معايير مختلفة كما سيأتي ذكره.

أولا : تصنيف الطفرات وفقاً لأنواع الخلية

 هنا تم تصنيف الطفرات حسب تواجدها في الخلايا الجرثومية والجسمية الى طفرات جسمية somatic mutations وطفرات الخلايا الجرثومية gametic mutations تعرف الطفرات الجسمية بتلك الطفرات الموجودة في خلايا الجسم الغير تكاثرية. ان العواقب الوراثية والتطورية للطفرات الجسمية تكون غير ملموسة، وذلك بسبب شمول خلية مفردة وخلاياها البنوية. واذا، على أية حال وجدت الطفرة الجسمية بشكل مبكر خلال الحياة الجنينية، فربما تشكل الخلايا الطافرة نسبة كبيرة من خلايا الجسم، لذا تتسم خلايا الجسم المحتوية على هكذا نوع من الطفرات بأنها ذات نمط فسيفسائية (mosaic) في خلايا مختلفة منها. يتعلق وجود الطفرات الجسمية غالباً بحدوث النمو الخبيث . أما الطفرات الجرثومية، فتحدث في الخلايا الجرثومية (كما في خلايا النطف والخلايا البيضية). تكون طفرات الخلايا الجرثومية طفرات قابلة للتوريث (heritable).

ثانيا: تصنيف الطفرات وفقا للحجم والنوعية

 على أساس الحجم، هنالك نوعان من الطفرات قد تم اكتشافهما، وهما الطفرات النقطية. (point mutations) حيث تحدث تبديلات موروثة في قطعة صغيرة جداً من الـ DNA ، كما هو الحادث بحجم نيوكليوتيدة مفردة أو بزوج نيوكليوتيدي، أما الطفرات الغير نقطية، والتي تشمل قطع أكبر من الـ DNA، وهي طفرات كبيرة على مستوى الكروماتين أو الكروموسوم كاملا، لذا فهي خارج نطاق هذا الكتاب. تقسم الطفرة النقطية الى ثلاثة أنواع وهي طفرات الحذف ( deletion mutations)  وتحدث نتيجة فقدان أو حذف بعض أجزاء (زوج نيوكليوتيدي مفرد) من الكودون الثلاثي من الجين، وقد لوحظت هذه الطفرة ببعض العاثيات البكتيرية. أما طفرة الحشر أو الاضافة (insertion or addition mutation) فانها تحدث نتيجة اضافة نيوكليوتيدة اضافية أو أكثر الى الجين. ويمكن حث حدوث هكذا طفرات عن طريق بعض المواد الكيميائية والتي تسمى بالمطفرات (mutagens) كما في صبغة الأكريدين (acridine) وصبغة بروفلافين (proflavin)  .يعتقد بأن حشر قاعدتين متتابعتين من شريط الـ DNA يمدد من طول الشريط. وفي عملية التضاعف، سوف يسمح هذا الوضع بحشر نيوكليوتيدة اضافية في السلسلة المكملة في الموقع المحجوز من قبل جزيئة البروفلافين. ان الطفرات الناتجة من حشر أو حذف نيوكليوتيدات مفردة ربما تسبب في تبديل قراءة بقية الرسالة بعد الطفرة (downstream)، وهذا يدعى بطفرات الـ frameshift .تنتج طفرات الـ frame shift من حذف أو انحشار النيوكليوتيدات في الجين. إن حذف نيوكليوتيدة واحدة من الشريط المشفر للجين ينتج في نسق قراءة متبدل altered reading frame في جزيئة الـ . mRNA  إن الماكنة التي تترجم الـ mRNA لا تميز بأن تلك القاعدة قد فقدت، لأنه لا يوجد هنالك نظام تنقيط في قراءة الكودونات. وبهذا يحصل تبديل جوهري في تسلسل الأحماض الأمينية المتبلمرة. هذا ولم يتشوه تسلسل الأحماض الأمينية الواقعة بعد موقع هذه الطفرة فقط ، وإنما يتغير قراءة الرسالة من حيث ظهور الكودون العبثي قبل أوانه. وهكذا، فأن هذا يؤدي إلى ظهر متعدد ببتيدي مشوش ومنتهي قبل نضوجه. أما النوع الثالث من الطفرات النقطية فيسمى بطفرات الاستبدال. (substitution mutations) تؤثر تلك الطفرات في كودون محدد واحد. ويؤدي ذلك الكودون المحور الى التشفير عن حامض أميني مختلف، وهذا يؤدي بالنتيجة الى استبدال الحامض الأميني الطبيعي بآخر طافر. تبدل تلك الطفرات على الصبغة المظهرية (phenotype) للكائن الحي بشكل متنوع وهي ذات أهمية وراثية عظيمة. تعد طفرة التبديل في قاعدة مفردة من أكثر أنواع الطفرات شيوعاً، وهي تغير في زوج قاعدي مفرد والتي يمكن أن تكون transition أو transversion. وفي النوع الأول، يتغير الـ pyrimidine إلى pyrimidine آخر، أو يتغير الـ purine إلى purine آخر. أما طفرات الـ transversion فهي تغيرات من الـ purine إلى نوع من نوعي الـ pyrimidine، أو تغير من الـ pyrimidine إلى نوع من نوعي الـ purine ، وكما هو مبين في الشكل (1) . ان وجود طفرات الـ transverse لأول مرة قد تم اكتشافه سنة 1959 من قبل E. Freese.

شكل (1) مخطط يوضح الفرق بين طفرة الـ transition وطفرة الـ transversion (تصميم المؤلف)

ثالثاً : تصنيف الطفرات وفقا لتأثيرها على تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين الناتج

إن تغيير زوج قاعدي مفرد في جزيئة الـ mRNA ربما يمتلك تأثير من عدة تأثيرات متنوعة عند ترجمته إلى بروتين:

1 - الطفرات الصامتة (silent mutations) :وفيها لا يوجد هنالك تأثير قابل للكشف no detectable effect ويحدث هذا بسبب صفة الـ degeneracy للشفرة الوراثية (كل حامض أميني يمكن أن يشفر له من أكثر من شفرة واحدة بينما كل شفرة تشفر لحامض أميني واحد). فمثلا، الحامض الأميني leucine والذي يشفر عنه من قبل ست شفرات وراثية مختلفة فعندما يتغير الكودون UUA الى الشفرة UUG ، فكلتا الشفرتان تشفران لنفس الحامض الأميني ألا وهو leucine ، وهذا ما حدا البعض إلى تسمية هذا التأثير بالتأثير الغير قابل للكشف.

2- طفرات الانحشار الخاطئ missence mutations)) والتي تحدث عندما يندمج حامض أميني مختلف في الموقع المقابل في جزيئة البروتين. إن هذا الحامض الأميني المغلوط mistaken amino acid أو الـ missense يعتمد على موقعه في البروتين المحدد، والذي أما أن يكون مقبول acceptable قبول جزئياً partially acceptable أو غير مقبول unacceptable بالنسبة لوظيفة جزيئة البروتين. يكون التأثير مقبولاً عندما يؤدي التغيير القاعدي المفرد إلى استبدال حامض أميني بحامض أميني آخر ذو مجاميع وظيفية مشابهة للحامض الأميني الأصلي. وبهذا يتم تجنب تغييرات قاسية في خواص جزيئة البروتين الناتجة. وإذا حدث تأثير الـ missense المقبول، عندها ربما لا يمكن تمييز جزيئة البروتين الناتجة عن ذلك التأثير عن الجزيئة الطبيعية. أما التأثير المقبول جزئياً فانه سوف ينتج جزيئة بروتين ذات فعالية جزئية أو غير طبيعية. وإذا حدث تأثير الـ missense الغير مقبول، عندها سوف لا تكون جزيئة البروتين قادرة على العمل بدورها المعهود.

شكل (2): تصنيف الطفرات وفقا لتأثيراتها على تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين الناتج (تصميم المؤلف).

3 - الطفرات العبثية (nonsense mutations) وتحدث عندما يظهر الكودون العبثي nonsense codon في تسلسل جزيئة الـ mRNA فجاءة، وهذا يـؤدي إلـى مـا يعـرف بالإيقاف ما قبل النضوج premature termination للأحماض الأمينية المندمجة في سلسلة الببتيد، وإنتاج مجرد قطعة غير كاملة من جزيئة البروتين المطلوب إنتاجها. وهذا بالطبع ينتج في أن يكون البروتين غير فعال عادة.

 4 - الطفرات الحساسة للحرارة (temperature sensitive mutations): وتحدث عندما يؤدي التبديل الحاصل في الكودون الى انتاج بروتين فعالا في درجة حرارية معينة (عادة 30°C) وغير فعالاً في درجات حرارية أعلى ( عادة 40-42 C^o). إن هذا التغيير في تركيب البروتين الناتج عن هكذا طفرات قد تم الاشارة اليه باستخدام الشكل (2) والجدول (1).

جدول (1): تأثير بعض الأنواع الشائعة من الطفرات على تركيب البروتين

رابعا: تصنيف الطفرات وفقا لتأثيرها على الطراز المظهري للكائن

وعليه، تتواجد عدة أنواع من الطفرة وكالآتي:

1- الطفرات السائدة dominant mutations)) : وهي الطفرات التي عند حصولها تؤثر بشكل واضح على الطراز المظهري للكائن.

 2- الطفرات المتنحية (recessive mutations) : ان معظم أنواع الطفرات هي متنحية في الطبيعة، وبالتالي فهي لا تضفي تأثيراً يذكر على الطراز المظهري بشكل مباشر. ولكي تبدي تأثيرها، فإنها بحاجة الى طفرة متنحية أخرى في نفس (أليل) الجين.

 3- طفرات الأليلات المتناظرة isoallele mutations)) تؤثر بعض الطفرات بشكل طفيف جدا على الطراز المظهري للكائن الحي، لذا فإنها تحتاج الى تقنيات خاصة للكشف عنها. وفي هذ الحالة، يعطي الجين الطافر طراز مظهري مختلف قليلا يسمى بالأليل المتناظر (isoallele).

4 - الطفرات القاتلية (lethal mutations) : وهي تصنف "بالقاتلة" وفقا لتأثيرها على الطراز المظهري، وتنج في موت الخلايا أو الكائن الحي الذي حصلت فيه.

خامسا : تصنيف الطفرات وفقا للاتجاه

 يمكن تصنيف الطفرات أيضاً على أساس نمط اتجاهها الى الأنواع الآتية:

 1- الطفرات الأمامية (forward mutations) :وتحدث في الكائنات عندما تخلق الطفرات تغييراً من النوع البري wild type)) الى الطراز المظهري الغير طبيعي (abnormal phenotype). ان معظم الطفرات هي ذات نمط أمامي.

2. الطفرات الراجعة أو العكسية (backward: mutations) وهي التي يمكن تصحيحها عن طريق آلية تصحيح الخطأ، وبالتالي، فان الطراز المظهري الغير طبيعي يرجع الى الطراز المظهري البري.

سادسا : تصنيف الطفرات وفقا لمصدرها

 وهنا يتم تصنف الطفرات الى نوعين فقط:

1- الطفرات التلقائية (spontaneous mutation) وتحدث بشكل فجائي في الطبيعة، كما أن أصلها غير معروف وهي تسمى أيضاً بالطفرات ذات الخلفية الاجتماعية أو الخلفية البيئية (background mutations) ، وقد تقرر وجودها في العديد من الكائنات، ولكنها قد فهمت بشكل جيد في بدائية النواة، حيث إن السبب الرئيسي للطفرة التلقائية في بكتريا القولون نتج من وجود قاعدة غير اعتيادية في الـ DNA. بالإضافة إلى الأربعة قواعد المنحشرة بالـ DNA عند تخليقه، توجد في بعض الأحيان ما يسمى بالقواعد المحورة modified bases . يعكس هذا الاسم أصلها: تنتج تلك القواعد بالتحوير الكيميائي لواحد من القواعد الأربع الموجودة أصلاً في الـ DNA. إن القاعدة المحورة الأكثر شيوعاً هي methylcytosine-5، والمتولدة بفعل إنزيم الــــ methylase والذي يضيف مجموعة مثيل إلى نسبة صغيرة من مخلفات السايتوسين في مواقع متخصصة من الـ DNA. توفر المواقع المحتوية على methylocytosine-5 مناطق أخاذة (hotspot) لحدوث الطفرة النقطية التلقائية. لا يمكن أن توجد مناطق الـ hotspot في سلالات بكتريا القولون التي لا يمكن لها ميثلة السايتوسين. إن سبب وجود مناطق الـ hotspot هو أن methylcytosine-5 يعاني من عملية إزالة أمين تلقائية spontaneous deamination بتكرار ملحوظ. إن استبدال مجموعة الأمين بمجموعة كيتو يحوّل  methylcytosine-5إلى thymine. شكل 3 يبين لماذا تسبب إزالة الأمين للـ methylcytosine-5 النادرة طفرة، بينما إزالة الأمين للـ cytosine الأكثر شيوعاً لا يمتلك هذا التأثير.

شكل (3): عملية إزالة الأمين لمجموعة methylcytosine-5  المنتجة للـ thymine (طفرة transition من G≡C إلى T=A)، بينما إزالة الأمين للـ cytosine تنتج uracil (والذي يزال عادة ويستبدل بالـ cytosine) (تصميم المؤلف).

إن عملية إزالة مجموعة الأمين من السايتوسين تولد يوراسيل. على أية حال، تحتوي بكتريا القولون على إنزيم يدعى بـ uracil DNA glycosylase والذي يقوم بإزالة مخلفات اليوراسيل من الـ DNA عمليات الشقلبة حول القواعد. يترك هذا العمل مخلف كوانين غير مزدوج، ويقوم "نظام الإصلاح" بعد ذلك بحشر سايتوسين كشريك للكوانين. إن حصيلة تلك التفاعلات هو لإعادة التسلسل الأصيل للـ DNA. ربما يعمل هذا النظام في حماية الـ DNA ضد عواقب عملية إزالة الأمين التلقائية من السايتوسين. ولكن عملية إزالة الأمين من methylcytosine-5  تترك الثايمين. ولكون هذه القاعدة هي مكوّن محترم للـ DNA، فلا يمكن للنظام من أن يميز التغيير، لذا تنشأ الطفرة. يخلق هذا التحول كوانين مزدوج بشكل خاطئ مع الثايمين ، والذي تنتج عاقبة فصلهما ازدواج G≡C طبيعي من جهة وازدواج A=T طافر من جهة أخرى ( شكل 4)

شكل (4) إمكانية استحثاث الطفرات بواسطة التحوير الكيميائي للقاعدة base modification ( تصميم المؤلف )

إن عمل هذا النظام يسلط ضوء هاماً حول استخدام الثايمين في الـ DNA مقارنة باليوراسيل في الـ. RNA ربما يرتبط هذا بحاجة الـ DNA للثباتية في تسلسله: إن استخدام الثايمين يعني القدرة على التمييز الفوري لأي عملية لإزالة الأمين للسايتوسين، وذلك لأنها تولد قاعدة (يوراسيل) والتي هي غير موجودة عادة في الـ .DNA إذن، ربما هنالك عدة أسباب رئيسية تفسر لماذا يمتلك الـ RNA يوراسيل بدلاً من الثايمين، بينما يمتلك الـ DNA ثايمين بدلاً عن اليوراسيل. عند ازالة مجموعة الأمين من السايتوسين بشكل تلقائي ليتكون اليوراسيل، عادة مئة فعل تلقائي لكل خلية لبونة mammalian cell في اليوم الواحد، وهذا المعدل عالي جداً. يميز إنزيم الإصلاح (uracil DNA glycosylase) هذه "الطفرات" ويستبدل قواعد اليوراسيل هذه بقواعد السايتوسين، ولكن ليس له القابلية على التمييز بين اليوراسيل الطبيعي واليوراسيل الطافر. وبسبب أهمية الـ DNA ، تقوم الخلايا بحل هذه المعضلة باستخدام الثايمين والذي هو عبارة عن methyl uracil بدلاً عن اليوراسيل في الـ DNA. هذا ويمكن أن توجد عملية إزالة الأمين للسايتوسين في الـ RNA، وعلى أية حال، كل جين له عدد كبير من نسخ الـ mRNA ، لذا فان الطفرة العشوائية في أي نسخة من الـ RNA لا يمكن لها أن تتسبب بأثر كبير. اضافة الى ذلك، تحدث عملية إزالة الأمين للأدنين والكوانين بمعدل مئة مرة أبطأ من عملية إزالة الأمين للسايتوسين.

2- الطفرات المستحثة (induced mutations) بالإضافة الى وجود الطفرات التلقائية، فان الطفرات يمكن أن تستحث بشكل مصطنع في الكائنات الحية عن طريق تعريضها الى ظروف بيئية غير اعتيادية، كما في تعرضها الى الاشعاع، أو لبعض الظروف الفيزيائية كما في الحرارة الغير طبيعية، وبعض المواد الكيميائية. وتسمى تلك المواد أو العوامل التي تحث على تكوين تلك الطفرات المصطنعة بالمطفرات .(mutagenes)

مواضيع ذات صلة

السرطان .. تراكم للطفرات

آليات إصلاح خلل الدنا DNA Repair Mechanisms

اصلاح الدنا DNA REPAIR

Enhancers

The Structure of Promoters

تأثيرات المطفرات الكيميائية على التسلسل النيوكليوتيدي

شفرات الإشارة Signal codons

تنظيم التعبير الجيني عند مستوى ما بعد الاستنساخ في حقيقية النواة

تنظيم التعبير الجيني عند مستوى الاستنساخ في الكائنات حقيقية النواة

FUNCTIONAL CHROMATIN DOMAINS

Multiple but Related Subunits in Polymerases

The RNA Polymerase in Escherichia coli