Mutagénesis (técnica de biología molecular)

También pueden producirse cepas mutantes que tengan una aplicación práctica o permitan investigar la base molecular de una función celular concreta.

Inicialmente, el tipo de mutaciones inducidas artificialmente en el laboratorio eran totalmente aleatorias, utilizando mecanismos como la irradiación UV.

La mutagénesis no aleatoria puede utilizarse para clonar ADN,[2]​ investigar los efectos de los mutágenos[3]​ y diseñar proteínas.

[5]​ Los primeros enfoques de la mutagénesis se basaban en métodos que producían mutaciones totalmente aleatorias.

Posteriormente se desarrollaron varios métodos para generar mutaciones aleatorias en proteínas específicas con el fin de buscar mutantes con propiedades interesantes o mejoradas.

Las técnicas de mutagénesis aleatoria tienen una ventaja en cuanto al número de mutaciones que se pueden producir; sin embargo, aunque la mutagénesis aleatoria puede producir un cambio en nucleótidos individuales, no ofrece mucho control en cuanto a qué nucleótido se está cambiando.

[5]​ Por ello, muchos investigadores intentan introducir cambios seleccionados en el ADN de forma precisa y específica.

En los primeros intentos se utilizaron análogos de nucleótidos y otras sustancias químicas para generar mutaciones puntuales localizadas.

Los avances metodológicos han hecho de la mutagénesis un proceso relativamente sencillo y eficaz.

[3]​ Constantemente se están desarrollando métodos más nuevos y eficaces de mutagénesis dirigida al sitio.

El experimento utilizó la mutagénesis dirigida al sitio para imitar las mutaciones esperadas del producto químico específico.

[26]​ Mediante el análisis combinatorio, se puede seleccionar un gran número de mutantes para una característica determinada.

El contenido del segmento insertado puede incluir secuencias de importancia estructural, propiedad inmunogénica o función enzimática.

[29]​ Los transposones, segmentos cromosómicos que pueden sufrir transposición, pueden diseñarse y aplicarse a la mutagénesis insercional como instrumento para el descubrimiento de genes del cáncer.

Este mecanismo concreto se utilizó por primera vez para ayudar a pacientes gravemente inmunodeprimidos que necesitaban médula ósea.

Tipos de mutaciones que pueden introducirse mediante mutagénesis aleatoria, dirigida al sitio, combinatoria o por inserción.
Cómo las bibliotecas de ADN generadas por mutagénesis aleatoria muestrean el espacio de secuencia. Se muestra el aminoácido sustituido en una posición determinada. Cada punto o conjunto de puntos conectados es un miembro de la biblioteca. La PCR propensa a errores muta aleatoriamente algunos residuos por otros aminoácidos. La exploración de alanina sustituye cada residuo de la proteína por alanina, uno a uno. La saturación de sitios sustituye cada uno de los 20 aminoácidos posibles (o algún subconjunto de ellos) en una única posición, uno a uno.
Diagrama simplificado de la técnica de mutagénesis dirigida al sitio utilizando oligonucleótidos prefabricados en una reacción de extensión del cebador con ADN polimerasa.
La mutagénesis de saturación es un tipo de mutagénesis dirigida. Esta imagen muestra la mutagénesis de saturación de una única posición en una proteína teórica de 10 residuos. La versión de tipo salvaje de la proteína se muestra en la parte superior, con M representando el primer aminoácido metionina, y * representando la terminación de la traducción. A continuación se muestran los 19 mutantes de la isoleucina en la posición 5.