13.2: ゲノムコピーエラー

ヒト細胞が分裂するたびに、DNAポリメラーゼ酵素は30億以上の塩基対を高い忠実度でコピーし、娘細胞に受け継がれます。

しかし、膨大な量の情報が重複するため、DNAポリメラーゼはコピー中にエラーを起こすことがあります。例えば、新たに合成された鎖に、チミンの代わりにシトシンなどの誤った塩基が追加されることがあります。

場合によっては、鎌状の赤血球を引き起こすベータヘモグロビン遺伝子のGAGからGTGへの一塩基の変化のように、そのような変化は有害である可能性があります。これにより、赤血球の酸素運搬能力が低下し、鎌状赤血球貧血を引き起こします。

遺伝子に余分な塩基が追加されたり、遺伝子から削除されたりすることもできます。このような突然変異は、総称してインデルと呼ばれます。嚢胞性線維症では、CFTR遺伝子に付加または欠失した単一の塩基が、遺伝子が欠陥タンパク質をコードするように読み取りフレームをシフトさせることができる。このタンパク質は、肺上皮細胞から塩化物イオンを輸送できないため、濃厚な接着剤のような粘液が蓄積し、肺感染症のリスクが高まります。

幸いなことに、このようなコピーエラーは低頻度で発生し、100,000塩基あたり約1つのエラーが発生します。

さらに、これらのエラーの大部分は、複製中にDNAポリメラーゼ酵素のプルーフリーディング活性によって娘細胞に渡される前に修正されるか、複製後にDNA修復酵素によって修正されます。しかし、まれに、エラーが修復プロセスを逃れ、次の世代に引き継がれることもあります。

しかし、すべての突然変異が生物に有害であるわけではなく、ほとんどの突然変異は中立であり、中には生存上の利点をもたらすものもある。

抗生物質耐性は、突然変異によって生じる可能性のある有益な特性の1つです。

例えば、抗生物質のフルオロキノロンは、DNAジャイレースと呼ばれる細菌の酵素に結合し、細菌の増殖を抑制します。しかし、酵素DNAジャイレースをコードする遺伝子がランダムな塩基置換を蓄積すると、酵素の変異バージョンが生じます。抗生物質はこの変異した酵素に結合できなくなり、抗生物質の存在下でも細菌の生存と増殖につながります。