RNA-Mutation vs. DNA-Mutation

Die Genome der meisten Organismen basieren auf DNA. Einige Viren, wie die, die Grippe und HIV verursachen, haben jedoch stattdessen RNA-basierte Genome. Im Allgemeinen sind virale RNA-Genome viel anfälliger für Mutationen als solche, die auf DNA basieren. Diese Unterscheidung ist wichtig, da RNA-basierte Viren wiederholt Resistenzen gegen Medikamente entwickelt haben.

Mutationsraten bei RNA-Viren sind wichtig, da diese Viren einen schrecklichen Tribut an Tod und Krankheit beim Menschen verursachen. Grippe und HIV beispielsweise werden durch Viren mit RNA-basierten Genomen verursacht. Aufgrund der hohen Mutationsrate können sie schnell Resistenzen gegen neue Medikamente entwickeln. Jede gegebene Population dieser Viren ist genetisch sehr vielfältig. Das macht es Wissenschaftlern sehr schwer, Impfstoffe zum Beispiel gegen die Grippe zu entwickeln. Da das Genom des Influenzavirus vielfältig ist, müssen Wissenschaftler oft Impfstoffe für mehrere Virusstämme kombinieren. Da sich das Genom des Grippevirus ständig ändert, können Impfstoffe, die während einer Grippesaison wirksam sind, in der nächsten wirkungslos sein.

Die höheren Mutationsraten bei RNA-Viren sorgen dafür, dass sie sich schneller entwickeln und schneller Resistenzen gegen Medikamente entwickeln könnten als DNA-basierte Viren. Die durchschnittlichen Mutationsraten bei RNA-Viren werden auf etwa 100-mal höher geschätzt als bei DNA-Viren. Diese Rate ist besonders hoch, weil DNA-Viren die ausgeklügelten DNA-Reparaturmechanismen fehlen, die in menschlichen und anderen tierischen Zellen zu finden sind. Die Enzyme, die in RNA-Viren vorkommen und an der Kopie viraler Genome beteiligt sind, sind ein wesentlicher Grund für diesen Unterschied. Diesen Enzymen fehlen die eingebauten Fähigkeiten zur Erkennung von DNA-Schäden, die Enzyme in den meisten Organismen aufweisen.

Ein weiterer interessanter Unterschied zwischen RNA- und DNA-Mutationen betrifft die Basen Thymin, Cytosin und Uracil, die im DNA-Code typischerweise als T, C und U dargestellt werden. DNA verwendet Thymin, während RNA stattdessen Uracil verwendet. Cytosin kann manchmal spontan zu Uracil wechseln. In DNA wird dieser Fehler erkannt, weil DNA normalerweise kein Uracil enthält; die Zelle verfügt über Enzyme, die die Substitution erkennen und beheben können. In RNA kann diese Art von Fehler jedoch nicht erkannt werden, da RNA normalerweise sowohl Cytosin- als auch Uracil-Basen enthält. Daher werden einige Mutationen in RNA-Viren weniger wahrscheinlich erkannt und repariert, und die Mutationsrate steigt.

Retroviren, eine weitere Klasse von Viren, die für ihre hohen Mutationsraten bekannt sind, sind die Ursachen von HIV und anderen schweren Krankheiten. Diese Viren nehmen ihr RNA-basiertes Genom, verwenden es, um DNA in einer Wirtszelle herzustellen und verwenden die neue DNA, um mehr virale RNA zu replizieren. Dieser Vorgang ist fehleranfällig und führt zu einer ungewöhnlich hohen Mutationsrate. HIV zum Beispiel hat jedes Mal, wenn sein Genom diesen Prozess durchläuft, eine Mutationsrate von 3,4 x 10^-5 Fehlern pro Basenpaar. Retroviren haben höhere Mutationsraten als die meisten anderen Viren, einschließlich anderer RNA-Viren. Infolgedessen ist es schwierig, wirksame, lang anhaltende Behandlungen für RNA-Viruserkrankungen zu entwickeln, da sie so schnell Resistenzen entwickeln.