RNA-mutatie versus DNA-mutatie

De genomen van de meeste organismen zijn gebaseerd op DNA. Sommige virussen, zoals die welke de griep en HIV veroorzaken, hebben echter in plaats daarvan op RNA gebaseerde genomen. Over het algemeen zijn virale RNA-genomen veel gevoeliger voor mutaties dan die op basis van DNA. Dit onderscheid is belangrijk omdat op RNA gebaseerde virussen herhaaldelijk resistentie tegen geneesmiddelen hebben ontwikkeld.

Mutatiesnelheden in RNA-virussen zijn belangrijk omdat deze virussen een verschrikkelijke tol veroorzaken in termen van menselijke dood en ziekte. De griep en HIV worden bijvoorbeeld veroorzaakt door virussen met op RNA gebaseerde genomen. De hoge mutatiesnelheid betekent dat ze snel resistentie tegen nieuwe medicijnen kunnen ontwikkelen. Elke populatie van deze virussen is genetisch zeer divers. Dit maakt het voor wetenschappers erg moeilijk om vaccins te ontwikkelen tegen bijvoorbeeld griep. Omdat het genoom van het influenzavirus divers is, moeten wetenschappers vaak vaccins combineren voor verschillende virale stammen. En omdat het genoom van het griepvirus voortdurend verandert, kunnen vaccins die tijdens het ene griepseizoen effectief zijn, het volgende niet effectief zijn.

De hogere mutatiesnelheden in RNA-virussen zorgen ervoor dat ze sneller evolueren en sneller resistentie tegen geneesmiddelen kunnen ontwikkelen dan op DNA gebaseerde virussen. De gemiddelde mutatiesnelheid in RNA-virussen wordt geschat op ongeveer 100 keer hoger dan die voor DNA-virussen. Dit percentage is vooral hoog omdat DNA-virussen de geavanceerde DNA-reparatiemechanismen missen die in menselijke en andere dierlijke cellen worden aangetroffen. De enzymen die voorkomen in RNA-virussen en deelnemen aan het kopiëren van virale genomen is een belangrijke reden voor dit verschil. Deze enzymen missen de ingebouwde mogelijkheden om DNA-schade te herkennen die enzymen in de meeste organismen hebben.

Een ander interessant verschil tussen RNA- en DNA-mutaties betreft de basen thymine, cytosine en uracil, meestal weergegeven als T, C en U in de DNA-code. DNA gebruikt thymine, terwijl RNA in plaats daarvan uracil gebruikt. Cytosine kan soms spontaan veranderen in uracil. In DNA zal deze fout worden gedetecteerd omdat DNA gewoonlijk geen uracil bevat; de cel heeft enzymen die de substitutie kunnen herkennen en repareren. In RNA kan dit soort fouten echter niet worden gedetecteerd omdat RNA gewoonlijk zowel cytosine- als uracilbasen bevat. Sommige mutaties worden dus minder snel herkend en gerepareerd in RNA-virussen, en de mutatiesnelheid neemt toe.

Retrovirussen, een andere klasse virussen die bekend staan ​​om hun hoge mutatiesnelheden, zijn de oorzaken van hiv en andere ernstige ziekten. Deze virussen nemen hun op RNA gebaseerde genoom, gebruiken het om DNA in een gastheercel te maken en gebruiken het nieuwe DNA om meer viraal RNA te repliceren. Dit proces is foutgevoelig en resulteert in een ongewoon hoge mutatiesnelheid. HIV heeft bijvoorbeeld een mutatiesnelheid van 3,4 x 10^-5 fouten per basenpaar elke keer dat het genoom dit proces doorloopt. Retrovirussen hebben hogere mutatiesnelheden dan de meeste andere virussen, inclusief andere RNA-virussen. Als gevolg hiervan is het moeilijk om effectieve, langdurige behandelingen voor RNA-virale ziekten te ontwikkelen, omdat ze zo snel resistentie ontwikkelen.