RNA Mutation εναντίον Μετάλλαξη DNA

Τα γονιδιώματα των περισσότερων οργανισμών βασίζονται στο DNA. Ωστόσο, ορισμένοι ιοί, όπως αυτοί που προκαλούν τη γρίπη και τον ιό HIV, έχουν γονιδιώματα με βάση το RNA. Γενικά, τα ιικά γονιδιώματα RNA είναι πολύ πιο επιρρεπή σε μετάλλαξη από αυτά που βασίζονται στο DNA. Αυτή η διάκριση είναι σημαντική επειδή οι ιοί που βασίζονται σε RNA έχουν επανειλημμένα εξελιχθεί ανθεκτικότητα στα φάρμακα.

Τα ποσοστά μετάλλαξης στους ιούς RNA είναι σημαντικά επειδή αυτοί οι ιοί προκαλούν τρομερό αριθμό από άποψη ανθρώπινου θανάτου και ασθένειας. Η γρίπη και ο HIV, για παράδειγμα, προκαλούνται από ιούς με γονιδιώματα που βασίζονται σε RNA. Ο υψηλός ρυθμός μετάλλαξης σημαίνει ότι μπορούν να εξελίσσουν γρήγορα την αντίσταση στα νέα φάρμακα. Οποιοσδήποτε δεδομένος πληθυσμός αυτών των ιών είναι πολύ γενετικά διαφορετικός. Αυτό καθιστά πολύ δύσκολο για τους επιστήμονες να αναπτύξουν εμβόλια για τη γρίπη, για παράδειγμα. Επειδή το γονιδίωμα του ιού της γρίπης είναι διαφορετικό, οι επιστήμονες πρέπει συχνά να συνδυάζουν εμβόλια για αρκετά ιογενή στελέχη. Και, επειδή το γονιδίωμα του ιού της γρίπης αλλάζει συνεχώς, τα εμβόλια που είναι αποτελεσματικά κατά τη διάρκεια μιας περιόδου γρίπης μπορεί να είναι αναποτελεσματικά την επόμενη.

Τα υψηλότερα ποσοστά μετάλλαξης στους ιούς RNA διασφαλίζουν ότι εξελίσσονται ταχύτερα και θα μπορούσαν να εξελίσσουν την αντίσταση στα φάρμακα πιο εύκολα από τους ιούς που βασίζονται στο DNA. Οι μέσοι ρυθμοί μετάλλαξης σε ιούς RNA εκτιμάται ότι είναι περίπου 100 φορές υψηλότεροι από αυτούς για ιούς DNA. Αυτός ο ρυθμός είναι ιδιαίτερα υψηλός επειδή οι ιοί DNA δεν διαθέτουν τους εξελιγμένους μηχανισμούς επιδιόρθωσης DNA που βρίσκονται σε ανθρώπινα και άλλα ζωικά κύτταρα. Τα ένζυμα που εμφανίζονται στους ιούς RNA και συμμετέχουν στην αντιγραφή ιογενών γονιδιωμάτων είναι ένας βασικός λόγος για αυτήν τη διαφορά. Αυτά τα ένζυμα δεν διαθέτουν τις ενσωματωμένες δυνατότητες αναγνώρισης της βλάβης του DNA που έχουν τα ένζυμα στους περισσότερους οργανισμούς.

Μια άλλη ενδιαφέρουσα διαφορά μεταξύ των μεταλλάξεων RNA και DNA περιλαμβάνει τις βάσεις θυμίνης, κυτοσίνης και ουρακίλης, που τυπικά αντιπροσωπεύονται ως Τ, C και U στον κώδικα DNA. Το DNA χρησιμοποιεί θυμίνη, ενώ το RNA χρησιμοποιεί ουρακίλη. Η κυτοσίνη μπορεί μερικές φορές να αλλάξει αυθόρμητα σε ουρακίλη. Στο DNA, αυτό το σφάλμα θα εντοπιστεί επειδή το DNA συνήθως δεν περιέχει ουρακίλη. το κύτταρο έχει ένζυμα που μπορούν να αναγνωρίσουν και να διορθώσουν την υποκατάσταση. Ωστόσο, στο RNA, αυτό το είδος σφάλματος δεν μπορεί να ανιχνευθεί επειδή το RNA συνήθως περιέχει βάσεις κυτοσίνης και ουρακίλης. Έτσι, ορισμένες μεταλλάξεις είναι λιγότερο πιθανό να αναγνωριστούν και να επιδιορθωθούν σε ιούς RNA και ο ρυθμός μετάλλαξης αυξάνεται.

Οι ρετροϊοί, μια άλλη κατηγορία ιών γνωστών για τα υψηλά ποσοστά μετάλλαξής τους, είναι οι αιτίες του HIV και άλλων σοβαρών ασθενειών. Αυτοί οι ιοί λαμβάνουν το γονιδίωμα που βασίζεται σε RNA, το χρησιμοποιούν για να δημιουργήσουν DNA μέσα σε ένα κύτταρο ξενιστή και χρησιμοποιούν το νέο DNA για να αναπαράγουν περισσότερο ιικό RNA. Αυτή η διαδικασία είναι επιρρεπής σε σφάλματα και οδηγεί σε ασυνήθιστα υψηλό ποσοστό μετάλλαξης. Ο ιός HIV, για παράδειγμα, έχει ρυθμό μετάλλαξης 3,4 x 10 ^ -5 σφάλματα ανά ζεύγος βάσεων κάθε φορά που το γονιδίωμά του περνά από αυτήν τη διαδικασία. Οι ρετροϊοί έχουν υψηλότερα ποσοστά μετάλλαξης από τους περισσότερους άλλους ιούς, συμπεριλαμβανομένων άλλων ιών RNA. Ως αποτέλεσμα, είναι δύσκολο να αναπτυχθούν αποτελεσματικές, μακροχρόνιες θεραπείες για ιογενείς ασθένειες RNA, επειδή αναπτύσσουν αντοχή τόσο γρήγορα.