Мутация РНК Vs. Мутация ДНК

Геномы большинства организмов основаны на ДНК. Однако некоторые вирусы, например, вызывающие грипп и ВИЧ, имеют геномы на основе РНК. В целом геномы вирусных РНК гораздо более подвержены мутациям, чем геномы, основанные на ДНК. Это различие важно, потому что вирусы на основе РНК неоднократно проявляли устойчивость к лекарствам.

Скорость мутаций в РНК-вирусах важна, потому что эти вирусы вызывают ужасные потери с точки зрения человеческих смертей и болезней. Например, грипп и ВИЧ вызываются вирусами с геномами на основе РНК. Высокая частота мутаций означает, что у них может быстро развиться устойчивость к новым лекарствам. Любая данная популяция этих вирусов очень разнообразна генетически. Это очень затрудняет для ученых разработку, например, вакцины от гриппа. Поскольку геном вируса гриппа разнообразен, ученым часто приходится комбинировать вакцины против нескольких вирусных штаммов. А поскольку геном вируса гриппа постоянно меняется, вакцины, эффективные в течение одного сезона гриппа, могут оказаться неэффективными в следующий.

Более высокая частота мутаций в РНК-вирусах обеспечивает более быстрое их развитие и более быстрое развитие устойчивости к лекарствам, чем вирусы на основе ДНК. По оценкам, средняя частота мутаций РНК-вирусов примерно в 100 раз выше, чем у ДНК-вирусов. Этот показатель особенно высок, потому что у ДНК-вирусов отсутствуют сложные механизмы восстановления ДНК, обнаруженные в клетках человека и других животных. Ферменты, которые присутствуют в РНК-вирусах и участвуют в копировании вирусных геномов, являются ключевой причиной этого различия. У этих ферментов отсутствуют встроенные возможности распознавания повреждений ДНК, которые есть у ферментов большинства организмов.

Еще одно интересное различие между мутациями РНК и ДНК касается оснований тимина, цитозина и урацила, которые обычно представлены в коде ДНК как T, C и U. В ДНК используется тимин, а в РНК - урацил. Иногда цитозин может спонтанно превращаться в урацил. В ДНК эта ошибка будет обнаружена, потому что ДНК обычно не содержит урацил; в клетке есть ферменты, которые могут распознавать и фиксировать замену. Однако в РНК такую ​​ошибку невозможно обнаружить, поскольку РНК обычно содержит как основания цитозина, так и урацила. Таким образом, некоторые мутации с меньшей вероятностью будут распознаваться и исправляться в РНК-вирусах, и скорость мутаций увеличивается.

Ретровирусы, еще один класс вирусов, известный своей высокой частотой мутаций, являются причинами ВИЧ и других серьезных заболеваний. Эти вирусы берут свой геном на основе РНК, используют его для создания ДНК в клетке-хозяине и используют новую ДНК для репликации большего количества вирусной РНК. Этот процесс подвержен ошибкам и приводит к необычно высокой частоте мутаций. Например, ВИЧ имеет частоту мутаций 3,4 x 10 ^ -5 ошибок на пару оснований каждый раз, когда его геном проходит через этот процесс. Ретровирусы имеют более высокий уровень мутаций, чем большинство других вирусов, включая другие РНК-вирусы. В результате трудно разработать эффективные и длительные методы лечения вирусных заболеваний, связанных с РНК, потому что они так быстро вырабатывают резистентность.