الطفرات

الطفرة ( / mjuːtəˈdʒɛnɪsɪs / ) هي عملية يتم من خلالها تغيير المعلومات الوراثية للكائن الحي عن طريق إنتاج طفرة . قد تحدث بشكل تلقائي في الطبيعة ، أو نتيجة التعرض لمسببات الطفرات . يمكن أيضًا تحقيقها تجريبيًا باستخدام إجراءات المختبر . المسبب للطفرات هو عامل مسبب للطفرة، سواء كان كيميائيًا أو فيزيائيًا، مما يؤدي إلى زيادة معدل الطفرات في الشفرة الوراثية للكائن الحي. في الطبيعة، يمكن أن تؤدي الطفرة إلى السرطان وأمراض وراثية مختلفة ، وهي أيضًا قوة دافعة للتطور . تم تطوير الطفرة كعلم بناءً على العمل الذي قام به هيرمان مولر وشارلوت أورباخ وجي إم روبسون في النصف الأول من القرن العشرين. ^[1]

يمكن تعديل الحمض النووي، إما بشكل طبيعي أو مصطنع، بواسطة عدد من العوامل الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية، مما يؤدي إلى حدوث طفرات . وجد هيرمان مولر أن "درجات الحرارة المرتفعة" لديها القدرة على تحور الجينات في أوائل عشرينيات القرن العشرين، ^[2] وفي عام 1927، أظهر وجود رابط سببي للطفرة عند إجراء تجارب باستخدام جهاز الأشعة السينية ، مشيرًا إلى التغيرات التطورية عند تعريض ذباب الفاكهة لجرعة عالية نسبيًا من الأشعة السينية . ^{[3] [4]} لاحظ مولر عددًا من عمليات إعادة ترتيب الكروموسومات في تجاربه، واقترح أن الطفرة هي سبب السرطان. ^{[5] [6]} لوحظ ارتباط التعرض للإشعاع والسرطان في وقت مبكر من عام 1902، بعد ست سنوات من اكتشاف الأشعة السينية بواسطة فيلهلم رونتجن ، واكتشاف النشاط الإشعاعي بواسطة هنري بيكريل . ^{[7] أظهر} لويس ستادلر ، المعاصر لمولر، أيضًا تأثير الأشعة السينية على الطفرات في الشعير في عام 1928، وتأثير الأشعة فوق البنفسجية على الذرة في عام 1936. ^[8] في الأربعينيات من القرن العشرين، وجدت شارلوت أورباخ وجيه إم روبسون أن غاز الخردل يمكن أن يسبب أيضًا طفرات في ذباب الفاكهة. ^[9]

في حين كانت التغييرات التي تطرأ على الكروموسوم والتي تسببها الأشعة السينية وغاز الخردل قابلة للملاحظة بسهولة من قبل الباحثين الأوائل، إلا أن التغييرات الأخرى التي تطرأ على الحمض النووي والتي تسببها عوامل مسببة للطفرات الأخرى لم تكن قابلة للملاحظة بسهولة؛ فقد تكون الآلية التي تحدث بها معقدة، وتستغرق وقتًا أطول للكشف عنها. على سبيل المثال، اقترح أن السخام هو سبب السرطان منذ وقت مبكر يعود إلى عام 1775، ^[10] وتم إثبات أن قطران الفحم يسبب السرطان في عام 1915. ^[11] وقد تبين لاحقًا أن المواد الكيميائية المشاركة في كليهما هي الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAH). ^[12] الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات في حد ذاتها ليست مسببة للسرطان، وقد اقترح في عام 1950 أن الأشكال المسرطنة للهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات هي الأكاسيد المنتجة كمستقلبات من العمليات الخلوية. ^[13] تم التعرف على العملية الأيضية في ستينيات القرن العشرين على أنها تحفيز بواسطة السيتوكروم بي 450 ، والذي ينتج أنواعًا تفاعلية يمكنها التفاعل مع الحمض النووي لتكوين نواتج الإضافة ، أو جزيئات المنتج الناتجة عن تفاعل الحمض النووي، وفي هذه الحالة السيتوكروم بي 450؛ ^{[14] [15]} ومع ذلك، فإن الآلية التي تؤدي بها نواتج إضافة الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات إلى حدوث طفرة لا تزال قيد التحقيق.

تلف الحمض النووي هو تغيير غير طبيعي في بنية الحمض النووي لا يمكن تكراره بنفسه عندما يتكرر الحمض النووي . على النقيض من ذلك، فإن الطفرة هي تغيير في تسلسل الحمض النووي يمكن تكراره؛ وبالتالي، يمكن توريث الطفرة من جيل إلى جيل. يمكن أن يحدث الضرر من الإضافة الكيميائية (الإضافة)، أو الخلل البنيوي لقاعدة من الحمض النووي (إنشاء نوكليوتيد غير طبيعي أو جزء نوكليوتيد)، أو كسر في أحد أو كلا خيطي الحمض النووي. قد يؤدي مثل هذا التلف في الحمض النووي إلى حدوث طفرة. عند تكرار الحمض النووي المحتوي على تلف، قد يتم إدراج قاعدة غير صحيحة في الشريط التكميلي الجديد أثناء تصنيعه (انظر إصلاح الحمض النووي § تخليق عبر الآفة ). سيحدث الإدراج غير الصحيح في الشريط الجديد مقابل الموقع التالف في الشريط القالب، ويمكن أن يصبح هذا الإدراج غير الصحيح طفرة (أي زوج قاعدي متغير) في الجولة التالية من التكرار. علاوة على ذلك، يمكن إصلاح كسر الشريط المزدوج في الحمض النووي من خلال عملية إصلاح غير دقيقة، الانضمام النهائي غير المتجانس ، مما ينتج عنه طفرات. يمكن تجنب الطفرات عادةً إذا تمكنت أنظمة إصلاح الحمض النووي الدقيقة من التعرف على تلف الحمض النووي وإصلاحه قبل اكتمال الجولة التالية من التضاعف. يتم توظيف ما لا يقل عن 169 إنزيمًا بشكل مباشر في إصلاح الحمض النووي أو التأثير على عمليات إصلاح الحمض النووي. من بين هذه الإنزيم، يتم توظيف 83 إنزيمًا بشكل مباشر في الأنواع الخمسة من عمليات إصلاح الحمض النووي الموضحة في الرسم البياني الموضح في مقال إصلاح الحمض النووي .

قد يتحمل الحمض النووي للثدييات أكثر من 60000 حلقة تلف لكل خلية يوميًا، كما هو مذكور في المراجع في تلف الحمض النووي (يحدث بشكل طبيعي) . إذا تُركت هذه الإضافات دون تصحيح، بعد التضاعف الخاطئ بعد المواقع التالفة، يمكن أن تؤدي إلى طفرات. في الطبيعة، قد تكون الطفرات التي تنشأ مفيدة أو ضارة - هذه هي القوة الدافعة للتطور. قد يكتسب الكائن الحي سمات جديدة من خلال الطفرة الجينية، ولكن الطفرة قد تؤدي أيضًا إلى ضعف وظيفة الجينات، وفي الحالات الشديدة، تسبب موت الكائن الحي. الطفرة هي أيضًا مصدر رئيسي لاكتساب مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا، وللعوامل المضادة للفطريات في الخميرة والعفن. ^{[16] [17]} في بيئة المختبر، تعد الطفرات تقنية مفيدة لتوليد الطفرات التي تسمح بفحص وظائف الجينات ومنتجات الجينات بالتفصيل، وإنتاج بروتينات ذات خصائص محسنة أو وظائف جديدة، بالإضافة إلى سلالات متحولة ذات خصائص مفيدة. في البداية، تم استغلال قدرة الإشعاع والمواد الكيميائية المسببة للطفرات على التسبب في حدوث طفرات عشوائية، ولكن في وقت لاحق تم تطوير تقنيات لإدخال طفرات محددة.

في البشر، يتم نقل ما معدله 60 طفرة جديدة من الوالدين إلى الأبناء. ومع ذلك، يميل الذكور من البشر إلى نقل المزيد من الطفرات اعتمادًا على أعمارهم، حيث ينقلون في المتوسط ​​طفرتين جديدتين إلى ذريتهم مع كل عام إضافي من أعمارهم. ^{[18] [19]}

قد يحدث الطفرات داخليًا (على سبيل المثال التحلل المائي التلقائي)، من خلال العمليات الخلوية الطبيعية التي يمكن أن تولد أنواع الأكسجين التفاعلية ومشتقات الحمض النووي ، أو من خلال خطأ في تكرار الحمض النووي وإصلاحه. ^[20] قد يحدث الطفرات أيضًا نتيجة لوجود مسببات الطفرات البيئية التي تسبب تغييرات في الحمض النووي للكائن الحي. تختلف الآلية التي تحدث بها الطفرات وفقًا للمسبب للطفرة ، أو العامل المسبب، المعني. تعمل معظم مسببات الطفرات إما بشكل مباشر، أو بشكل غير مباشر من خلال المستقلبات المسببة للطفرة، على الحمض النووي للكائن الحي، مما ينتج عنه آفات. ومع ذلك، قد تؤثر بعض مسببات الطفرات على آلية التكرار أو تقسيم الكروموسومات، وغيرها من العمليات الخلوية.

يمكن أيضًا أن تحدث الطفرات الذاتية بواسطة الكائنات وحيدة الخلية عندما تكون الظروف البيئية مقيدة لنمو الكائن الحي، مثل نمو البكتيريا في وجود المضادات الحيوية، أو نمو الخميرة في وجود عامل مضاد للفطريات، أو نمو الكائنات وحيدة الخلية الأخرى في بيئة تفتقر إلى المغذيات الأساسية ^{[21] [22] [23]}

تتطلب العديد من المواد الكيميائية المسببة للطفرات تنشيطًا بيولوجيًا لتصبح مسببة للطفرات. مجموعة مهمة من الإنزيمات المشاركة في توليد المستقلبات المسببة للطفرات هي السيتوكروم بي 450. [ ^24] تشمل الإنزيمات الأخرى التي قد تنتج أيضًا مستقلبات مسببة للطفرات الجلوتاثيون إس ترانسفيراز وهيدروليز إيبوكسيد الميكروسومي . تسمى المواد المسببة للطفرات التي لا تسبب الطفرات في حد ذاتها ولكنها تتطلب تنشيطًا بيولوجيًا بالمحفزات الطفرية.

في حين تنتج معظم المواد المسببة للطفرات تأثيرات تؤدي في النهاية إلى أخطاء في التضاعف، على سبيل المثال إنشاء نواتج إضافية تتداخل مع التضاعف، فإن بعض المواد المسببة للطفرات قد تؤثر بشكل مباشر على عملية التضاعف أو تقلل من دقتها. قد تحل نظائر القاعدة مثل 5-بروموراسيل محل الثايمين في التضاعف. يمكن للمعادن مثل الكادميوم والكروم والنيكل أن تزيد من الطفرات بعدة طرق بالإضافة إلى تلف الحمض النووي المباشر، على سبيل المثال تقليل القدرة على إصلاح الأخطاء، فضلاً عن إنتاج تغييرات وراثية. ^[25]

غالبًا ما تنشأ الطفرات نتيجة لمشاكل تسببها آفات الحمض النووي أثناء التضاعف، مما يؤدي إلى أخطاء في التضاعف. في البكتيريا، يؤدي الضرر الشديد للحمض النووي بسبب الطفرات إلى فجوات في الحمض النووي أحادي السلسلة أثناء التضاعف. هذا يحفز استجابة SOS ، وهي عملية إصلاح طارئة معرضة أيضًا للخطأ، وبالتالي تولد الطفرات. في الخلايا الثديية، يؤدي توقف التضاعف في المواقع التالفة إلى تحفيز عدد من آليات الإنقاذ التي تساعد في تجاوز آفات الحمض النووي، ومع ذلك، قد يؤدي هذا أيضًا إلى حدوث أخطاء. تتخصص عائلة Y من بوليميرات الحمض النووي في تجاوز آفة الحمض النووي في عملية تسمى التخليق عبر الآفة (TLS) حيث تحل بوليميرات تجاوز الآفة هذه محل بوليميراز الحمض النووي عالي الدقة المتوقف، وتنتقل عبر الآفة وتمدد الحمض النووي حتى يتم تجاوز الآفة حتى يمكن استئناف التضاعف الطبيعي؛ قد تكون هذه العمليات معرضة للخطأ أو خالية من الخطأ.

إن عدد حالات تلف الحمض النووي التي تحدث في خلية الثدييات يوميًا مرتفع (أكثر من 60 ألف حالة يوميًا). ومن المرجح أن يشكل تكرار حدوث تلف الحمض النووي مشكلة لجميع الكائنات الحية التي تحتوي على الحمض النووي، ومن المرجح أن تشكل الحاجة إلى التعامل مع تلف الحمض النووي والحد من آثاره الضارة مشكلة أساسية للحياة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

من المرجح أن تنشأ معظم الطفرات العفوية من تخليق عبر الآفة المعرضة للخطأ بعد موقع تلف الحمض النووي في خيط القالب أثناء تكرار الحمض النووي. يمكن لهذه العملية التغلب على الانسدادات القاتلة المحتملة، ولكن على حساب إدخال عدم الدقة في الحمض النووي الابن. يتم توضيح العلاقة السببية بين تلف الحمض النووي والطفرة العفوية من خلال بكتيريا الإشريكية القولونية التي تنمو هوائيًا ، حيث يحدث 89٪ من طفرات استبدال القواعد التي تحدث تلقائيًا بسبب تلف الحمض النووي الناجم عن أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). ^[26] في الخميرة، من المرجح أن يكون أكثر من 60٪ من عمليات استبدال وحذف أزواج القواعد الفردية العفوية ناتجة عن تخليق عبر الآفة. ^[27]

مصدر مهم إضافي للطفرات في حقيقيات النوى هو عملية إصلاح الحمض النووي غير الدقيقة ، والتي تُستخدم غالبًا في إصلاح كسور الخيوط المزدوجة. ^[28]

بشكل عام، يبدو أن السبب الرئيسي الكامن وراء الطفرة التلقائية هو التخليق عبر الآفات المعرض للخطأ أثناء تكرار الحمض النووي وأن مسار إصلاح الوصل النهائي غير المتجانس المعرض للخطأ قد يكون أيضًا مساهمًا مهمًا في حقيقيات النوى.

لا يكون الحمض النووي مستقرًا تمامًا في المحلول المائي، وقد يحدث نزع البيورين من الحمض النووي. وفي ظل الظروف الفسيولوجية، قد يتحلل الرابط الجليكوسيدي تلقائيًا ويُقدر أن 10000 موقع بيورين في الحمض النووي يتم نزع البيورين منها يوميًا في الخلية. ^[20] توجد مسارات إصلاح عديدة للحمض النووي؛ ومع ذلك، إذا لم يتم إصلاح الموقع الأبيوريني، فقد يحدث سوء دمج للنيوكليوتيدات أثناء التضاعف. يتم دمج الأدينين بشكل تفضيلي بواسطة بوليميرازات الحمض النووي في موقع أبيوريني .

يمكن أيضًا أن يتحول السيتيدين إلى يوريدين منزوع الأمين بمعدل خمسمائة من معدل إزالة البيورين ويمكن أن يؤدي إلى انتقال G إلى A. تحتوي الخلايا حقيقية النواة أيضًا على 5-ميثيل سايتوزين ، والذي يُعتقد أنه يشارك في التحكم في نسخ الجينات، والذي يمكن أن يتحول إلى ثايمين منزوع الأمين.

التوتومر هو العملية التي تعيد بها المركبات ترتيب نفسها تلقائيًا لتتخذ أشكالها المتزامرة البنيوية . على سبيل المثال، يمكن لأشكال الكيتو (C=O) من الجوانين والثايمين إعادة ترتيبها إلى أشكالها النادرة من الإينول (-OH)، في حين يمكن أن تؤدي أشكال الأمينو (-NH ₂ ) من الأدينين والسيتوزين إلى أشكال الإيمينو (=NH) النادرة. في تكرار الحمض النووي، يغير التوتومر مواقع اقتران القواعد ويمكن أن يتسبب في اقتران غير صحيح لقواعد الأحماض النووية. ^[29]

قد يتم تعديل القواعد داخليًا بواسطة جزيئات خلوية طبيعية. على سبيل المثال، قد يتم ميثلة الحمض النووي بواسطة S-أدينوسيل ميثيونين ، وبالتالي تغيير تعبير الجين المحدد دون التسبب في حدوث طفرة في تسلسل الحمض النووي نفسه. يعد تعديل الهيستون عملية ذات صلة يمكن من خلالها تعديل بروتينات الهيستون التي تدور حولها ملفات الحمض النووي بشكل مماثل عن طريق المثيلة أو الفسفرة أو الأسيتلة؛ قد تعمل هذه التعديلات على تغيير التعبير الجيني للحمض النووي المحلي، وقد تعمل أيضًا على تحديد مواقع الحمض النووي التالف الذي يحتاج إلى إصلاح. يمكن أيضًا غليكوزيل الحمض النووي عن طريق السكريات المختزلة .

قد تشكل العديد من المركبات، مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات والأمينات العطرية والأفلاتوكسين وقلويدات البيروليزيدين ، أنواعًا تفاعلية من الأكسجين تحفزها السيتوكروم بي 450. تشكل هذه المستقلبات نواتج إضافة مع الحمض النووي، مما قد يسبب أخطاء في التضاعف، وقد تشكل نواتج الإضافة العطرية الضخمة تداخلًا مستقرًا بين القواعد وتمنع التضاعف. قد تسبب نواتج الإضافة أيضًا تغييرات تكوينية في الحمض النووي. قد تؤدي بعض نواتج الإضافة أيضًا إلى إزالة البيورين من الحمض النووي؛ ^[30] ومع ذلك، فمن غير المؤكد مدى أهمية مثل هذا إزالة البيورين الناجم عن نواتج الإضافة في توليد الطفرة.

يمكن أن تتسبب ألكلة القواعد وأريلتها في حدوث أخطاء في التضاعف. قد تتطلب بعض عوامل الألكلة مثل N- نيتروسامينات التفاعل التحفيزي لسيتوكروم-P450 لتكوين كاتيون ألكيلي تفاعلي. N7 ^و O6 ^من الجوانين وN3 ^و N7 ^من الأدينين هي الأكثر عرضة للهجوم. تشكل نواتج إضافة N7- جوانين ^الجزء الأكبر من نواتج إضافة الحمض النووي ، لكنها تبدو غير مسببة للطفرات. ومع ذلك، فإن الألكلة عند O6 ^من الجوانين ضارة لأن إصلاح الاستئصال لناتج إضافة O6 ^من الجوانين قد يكون ضعيفًا في بعض الأنسجة مثل الدماغ. ^[31] يمكن أن يؤدي مثيلة O6 من ^{الجوانين إلى} انتقال G إلى A ، بينما يمكن أن يفشل O4- ^ميثيل ثيمين في الاقتران بالجوانين. ومع ذلك، قد يعتمد نوع الطفرة الناتجة على حجم ونوع نواتج الإضافة بالإضافة إلى تسلسل الحمض النووي. ^[32]

غالبًا ما يؤدي الإشعاع المؤين وجزيئات الأكسجين التفاعلية إلى أكسدة الجوانين لإنتاج 8-أوكسوجوانين .

قد تنتج الإشعاعات المؤينة جذورًا حرة شديدة التفاعل يمكنها كسر الروابط في الحمض النووي. وتكون الكسور ذات السلسلة المزدوجة ضارة بشكل خاص ويصعب إصلاحها، مما يؤدي إلى انتقال وحذف جزء من الكروموسوم. وقد تتسبب عوامل الألكلة مثل غاز الخردل أيضًا في حدوث كسور في العمود الفقري للحمض النووي. وقد يؤدي الإجهاد التأكسدي أيضًا إلى توليد أنواع أكسجين شديدة التفاعل يمكنها إتلاف الحمض النووي. كما يمكن أن يؤدي الإصلاح غير الصحيح للأضرار الأخرى الناجمة عن الأنواع شديدة التفاعل إلى حدوث طفرات.

تُعرف الروابط التساهمية بين قواعد النيوكليوتيدات في الحمض النووي، سواء كانت في نفس الشريط أو في خيوط متقابلة، باسم الترابط المتبادل للحمض النووي ؛ وقد يؤثر الترابط المتبادل للحمض النووي على كل من تكرار الحمض النووي ونسخه، وقد يحدث بسبب التعرض لمجموعة متنوعة من العوامل. قد تعزز بعض المواد الكيميائية الطبيعية أيضًا الترابط المتبادل، مثل السورالينات بعد التنشيط بواسطة الأشعة فوق البنفسجية وحمض النيتروز. يتسبب الترابط المتبادل بين الخيوط (بين سلسلتين) في مزيد من الضرر ، لأنه يمنع التكرار والنسخ ويمكن أن يسبب كسرًا وإعادة ترتيبًا للكروموسومات. تُستخدم بعض عوامل الترابط المتبادل مثل السيكلوفوسفاميد والميتومايسين سي والسيسبلاتين كعلاج كيميائي مضاد للسرطان بسبب درجة سميتها العالية للخلايا المتكاثرة.

تتكون عملية الترابط من ارتباط اثنين من الوحدات الأحادية لتشكيل أوليغومر، مثل تكوين ثنائيات البيريميدين نتيجة التعرض للأشعة فوق البنفسجية ، والتي تعزز تكوين حلقة سيكلوبوتيل بين الثايمينات المتجاورة في الحمض النووي. ^[33] في خلايا الجلد البشرية، قد تتكون آلاف الثنائيات في اليوم بسبب التعرض الطبيعي لأشعة الشمس. قد يساعد بوليميراز الحمض النووي η في تجاوز هذه الآفات بطريقة خالية من الأخطاء؛ ^[34] ومع ذلك، فإن الأفراد الذين يعانون من وظيفة إصلاح الحمض النووي المعيبة، مثل أولئك الذين يعانون من جفاف الجلد المصطبغ ، حساسون لأشعة الشمس وقد يكونون عرضة للإصابة بسرطان الجلد.

من الناحية السريرية، يمكن معرفة ما إذا كان الورم قد تشكل كنتيجة مباشرة للأشعة فوق البنفسجية من خلال تحليل تسلسل الحمض النووي لنمط الترابط المميز للسياق والذي يحدث بسبب التعرض المفرط لأشعة الشمس. ^[35]

يسمح الهيكل المستوي للمواد الكيميائية مثل بروميد الإيثيديوم والبروفلافين لها بالدخول بين القواعد في الحمض النووي. يتسبب هذا الدخول في تمدد العمود الفقري للحمض النووي ويجعل الانزلاق في الحمض النووي أثناء التضاعف أكثر احتمالية للحدوث لأن الترابط بين الخيوط يصبح أقل استقرارًا بسبب التمدد. سيؤدي الانزلاق الأمامي إلى حدوث طفرة حذف ، بينما سيؤدي الانزلاق العكسي إلى حدوث طفرة إدخال . أيضًا، يتداخل إدخال الأنثراسيكلينات مثل الداونوروبيسين والدوكسوروبيسين في الحمض النووي مع عمل إنزيم توبوإيزوميراز II ، مما يمنع التضاعف بالإضافة إلى التسبب في إعادة التركيب المتماثل الانقسامي.

قد تقوم العناصر المنقولة والفيروسات أو العناصر المنقولة العكسية بإدراج تسلسلات الحمض النووي في مناطق الترميز أو العناصر الوظيفية للجين مما يؤدي إلى تعطيل الجين. ^[36]

تم تعريف الطفرة التكيفية على أنها آليات الطفرة التي تمكن الكائن الحي من التكيف مع الضغوط البيئية. نظرًا لأن تنوع الضغوط البيئية واسع جدًا، فإن الآليات التي تمكنها واسعة جدًا أيضًا، بقدر ما أظهرت الأبحاث في هذا المجال. على سبيل المثال، في البكتيريا، بينما ثبت أن تعديل استجابة SOS وتخليق الحمض النووي للبكتيريا الطلائية الذاتية يزيد من مقاومة Acinetobacter baumannii للسيبروفلوكساسين. ^[16] يُفترض أن آليات المقاومة مرتبطة بالطفرة الكروموسومية غير القابلة للنقل عبر النقل الجيني الأفقي في بعض أعضاء عائلة Enterobacteriaceae، مثل E. coli وSalmonella spp. و Klebsiella spp. و Enterobacter spp. ^[37] يبدو أن الأحداث الكروموسومية، وخاصة تضخيم الجينات، ذات صلة أيضًا بهذه الطفرة التكيفية في البكتيريا. ^[38]

إن الأبحاث في الخلايا حقيقية النواة نادرة للغاية، ولكن يبدو أن الأحداث الكروموسومية ذات صلة أيضًا: في حين تم الإبلاغ عن أن إعادة التركيب داخل الكروموسومات غير الطبيعية تشارك في اكتساب مقاومة لـ 5-فلوروسيتوزين في Saccharomyces cerevisiae ، ^[17] فقد وجد أن تكرار الجينوم يمنح S. cerevisiae مقاومة للبيئات الفقيرة بالمغذيات. ^{[21] [39] [40]}

في المختبر، الطفرات هي تقنية يتم من خلالها هندسة طفرات الحمض النووي عمدًا لإنتاج جينات أو بروتينات أو سلالات من الكائنات الحية المتحولة. يمكن تحوير مكونات مختلفة من الجين، مثل عناصر التحكم الخاصة به ومنتج الجين، بحيث يمكن فحص وظيفة الجين أو البروتين بالتفصيل. قد تنتج الطفرة أيضًا بروتينات متحولة ذات خصائص متغيرة، أو وظائف محسنة أو جديدة قد تثبت أنها مفيدة تجاريًا. يمكن أيضًا إنتاج سلالات متحولة من الكائنات الحية التي لها تطبيقات عملية، أو تسمح بفحص الأساس الجزيئي لوظيفة خلية معينة.

كانت الطرق المبكرة للطفرات تنتج طفرات عشوائية تمامًا؛ ومع ذلك، فإن الطرق الحديثة للطفرات قادرة على إنتاج طفرات محددة بالموقع . تشمل التقنيات المعملية الحديثة المستخدمة لتوليد هذه الطفرات ما يلي:

• الطفرات الموجهة
• الطفرات الموجهة للموقع / الطفرات عن طريق تفاعل البوليميراز المتسلسل
• الطفرات الإدراجية
• توقيع يحمل علامة الطفرة
• طفرة الترانسبوزون
• طفرة تشبع التسلسل