Errori di copiatura del genoma

Ogni volta che una cellula umana si divide, gli enzimi DNA polimerasi copiano oltre 3 miliardi di coppie di basi con alta fedeltà, per essere trasmessi alle cellule figlie.

Tuttavia, a causa dell'enorme volume di informazioni duplicate, la DNA polimerasi a volte commette errori durante la copia. Ad esempio, una base errata può essere aggiunta al filamento appena sintetizzato, come una citosina al posto della timina.

In alcuni casi, tali cambiamenti possono essere dannosi, come il cambiamento di un singolo nucleotide da GAG a GTG nel gene della beta-emoglobina che causa i globuli rossi a forma di falce. Ciò riduce la capacità di trasporto dell'ossigeno dei globuli rossi, con conseguente anemia falciforme.

Basi extra possono anche essere aggiunte o eliminate dai geni. Tali mutazioni sono collettivamente chiamate indel. Nella fibrosi cistica, una singola base aggiunta o eliminata nel gene CFTR può spostare il frame di lettura in modo tale che il gene codifichi una proteina difettosa. Questa proteina non è in grado di trasportare gli ioni cloruro fuori dalle cellule epiteliali polmonari, con conseguente accumulo di muco denso simile alla colla, che aumenta il rischio di infezione polmonare.

Fortunatamente, tali errori di copiatura si verificano a bassa frequenza, circa 1 errore ogni 100.000 basi.

Inoltre, la maggior parte di questi errori viene corretta durante la replicazione da parte dell'attività di correzione di bozze degli enzimi DNA polimerasi prima che possano essere passati alle cellule figlie, o vengono corretti dopo la replicazione dagli enzimi di riparazione del DNA. Tuttavia, in rari casi, gli errori possono sfuggire al processo di riparazione e passare alla generazione successiva.

Tuttavia, non tutte le mutazioni sono dannose per l'organismo; la maggior parte delle mutazioni sono neutre e alcune possono conferire vantaggi di sopravvivenza.

La resistenza agli antibiotici è un tratto benefico che può insorgere attraverso la mutazione.

Ad esempio, l'antibiotico fluorochinolone si lega a un enzima batterico chiamato DNA girasi e inibisce la crescita batterica. Tuttavia, quando i geni che codificano per l'enzima DNA girasi accumulano sostituzioni di basi casuali, ciò si traduce in una versione mutata dell'enzima. L'antibiotico non può più legarsi a questo enzima mutato, il che porta alla sopravvivenza e alla crescita dei batteri, anche in presenza di antibiotici.