Mutacja RNA vs. Mutacja DNA

Genomy większości organizmów oparte są na DNA. Jednak niektóre wirusy, takie jak te wywołujące grypę i HIV, mają zamiast tego genomy oparte na RNA. Ogólnie rzecz biorąc, genomy wirusowego RNA są znacznie bardziej podatne na mutacje niż te oparte na DNA. To rozróżnienie jest ważne, ponieważ wirusy oparte na RNA wielokrotnie wykształciły oporność na leki.

Wskaźniki mutacji w wirusach RNA są ważne, ponieważ wirusy te powodują straszliwe żniwo w postaci śmierci i chorób ludzi. Na przykład grypa i HIV są wywoływane przez wirusy z genomami opartymi na RNA. Wysokie tempo mutacji oznacza, że ​​mogą szybko rozwinąć oporność na nowe leki. Każda populacja tych wirusów jest bardzo zróżnicowana genetycznie. To bardzo utrudnia naukowcom opracowywanie na przykład szczepionek na grypę. Ponieważ genom wirusa grypy jest zróżnicowany, naukowcy muszą często łączyć szczepionki dla kilku szczepów wirusa. A ponieważ genom wirusa grypy stale się zmienia, szczepionki, które są skuteczne w jednym sezonie grypowym, mogą być nieskuteczne w następnym.

Wyższe wskaźniki mutacji w wirusach RNA zapewniają, że ewoluują one szybciej i mogą łatwiej wykształcić oporność na leki niż wirusy oparte na DNA. Szacuje się, że średnie wskaźniki mutacji w wirusach RNA są około 100 razy wyższe niż w przypadku wirusów DNA. Wskaźnik ten jest szczególnie wysoki, ponieważ wirusy DNA nie mają wyrafinowanych mechanizmów naprawy DNA, które można znaleźć w komórkach ludzkich i innych zwierzęcych. Główną przyczyną tej różnicy są enzymy występujące w wirusach RNA i uczestniczące w kopiowaniu genomów wirusowych. Enzymy te nie mają wbudowanych zdolności rozpoznawania uszkodzeń DNA, które mają enzymy w większości organizmów.

Inna interesująca różnica między mutacjami RNA i DNA dotyczy zasad tyminy, cytozyny i uracylu, zwykle przedstawianych jako T, C i U w kodzie DNA. DNA używa tyminy, podczas gdy RNA używa zamiast tego uracylu. Cytozyna może czasami spontanicznie zmienić się w uracyl. W DNA ten błąd zostanie wykryty, ponieważ DNA zwykle nie zawiera uracylu; komórka ma enzymy, które potrafią rozpoznać i naprawić podstawienie. Jednak w RNA ten rodzaj błędu nie może zostać wykryty, ponieważ RNA zwykle zawiera zarówno zasady cytozyny, jak i uracylu. Tak więc prawdopodobieństwo rozpoznania i naprawy niektórych mutacji w wirusach RNA jest mniejsze, a tempo mutacji wzrasta.

Retrowirusy, inna klasa wirusów znanych z wysokiego wskaźnika mutacji, są przyczyną HIV i innych poważnych chorób. Wirusy te biorą swój genom oparty na RNA, wykorzystują go do tworzenia DNA w komórce gospodarza i wykorzystują nowy DNA do replikacji większej ilości wirusowego RNA. Ten proces jest podatny na błędy i skutkuje niezwykle wysokim wskaźnikiem mutacji. Na przykład HIV ma współczynnik mutacji wynoszący 3,4 x 10^-5 błędów na parę zasad za każdym razem, gdy jego genom przechodzi przez ten proces. Retrowirusy mają wyższe wskaźniki mutacji niż większość innych wirusów, w tym inne wirusy RNA. W rezultacie trudno jest opracować skuteczne, długotrwałe leczenie chorób wirusowych RNA, ponieważ tak szybko rozwijają one oporność.