Fehler bei der Genomkopierung

Jedes Mal, wenn sich eine menschliche Zelle teilt, kopieren die DNA-Polymerase-Enzyme über 3 Milliarden Basenpaare mit hoher Genauigkeit, um an die Tochterzellen weitergegeben zu werden.

Aufgrund der schieren Menge an Informationen, die dupliziert werden, macht die DNA-Polymerase jedoch manchmal Fehler beim Kopieren. Zum Beispiel kann dem neu synthetisierten Strang eine falsche Base zugesetzt werden, wie z. B. ein Cytosin anstelle von Thymin.

In einigen Fällen können solche Veränderungen schädlich sein, wie z. B. die Veränderung des Einzelnukleotids von GAG zu GTG im Beta-Hämoglobin-Gen, die sichelförmige rote Blutkörperchen verursacht. Dadurch verringert sich die Sauerstofftransportkapazität der roten Blutkörperchen, was zu einer Sichelzellenanämie führt.

Es können auch zusätzliche Basen hinzugefügt oder aus den Genen entfernt werden. Solche Mutationen werden zusammenfassend als Indels bezeichnet. Bei Mukoviszidose kann eine einzelne Base, die dem CFTR-Gen hinzugefügt oder entfernt wird, den Leserahmen so verschieben, dass das Gen für ein defektes Protein kodiert. Dieses Protein kann keine Chloridionen aus den Lungenepithelzellen transportieren, was zur Ansammlung von dickem, klebstoffartigem Schleim führt, was das Risiko einer Lungeninfektion erhöht.

Glücklicherweise treten solche Kopierfehler nur selten auf - etwa 1 Fehler pro 100.000 Basen.

Darüber hinaus werden die meisten dieser Fehler während der Replikation durch die Korrekturleseaktivität der DNA-Polymerase-Enzyme korrigiert, bevor sie an die Tochterzellen weitergegeben werden können, oder nach der Replikation durch DNA-Reparaturenzyme behoben. Dennoch kann es in seltenen Fällen vorkommen, dass Fehler dem Reparaturprozess entgehen und an die nächste Generation weitergegeben werden.

Allerdings sind nicht alle Mutationen schädlich für den Organismus; die meisten Mutationen sind neutral, und einige können Überlebensvorteile mit sich bringen.

Antibiotikaresistenz ist eine vorteilhafte Eigenschaft, die durch Mutation entstehen kann.

Zum Beispiel bindet das Antibiotikum Fluorchinolon an ein bakterielles Enzym namens DNA-Gyrase und hemmt das Bakterienwachstum. Wenn jedoch die Gene, die für das Enzym DNA-Gyrase kodieren, zufällige Basensubstitutionen akkumulieren, führt dies zu einer mutierten Version des Enzyms. Das Antibiotikum kann nicht mehr an dieses mutierte Enzym binden, was auch in Gegenwart von Antibiotika zum Überleben und Wachstum von Bakterien führt.