13.2: 게놈 복사 오류

인간 세포가 분열할 때마다 DNA 중합효소는 30억 개 이상의 염기쌍을 높은 충실도로 복제하여 딸세포로 전달합니다.

그러나 복제되는 정보의 양이 너무 많기 때문에 DNA 중합효소는 복사하는 동안 때때로 오류를 범합니다. 예를 들어, 티민(thymine) 대신 시토신(cytosine)과 같이 새로 합성된 가닥에 잘못된 염기가 추가될 수 있습니다.

어떤 경우에는 낫 모양의 적혈구를 유발하는 베타 헤모글로빈 유전자에서 단일 뉴클레오티드가 GAG에서 GTG로 변하는 것과 같이 이러한 변화가 해로울 수 있습니다. 이로 인해 적혈구의 산소 운반 능력이 감소하여 겸상 적혈구 빈혈이 발생합니다.

유전자에서 여분의 염기가 추가되거나 삭제될 수도 있습니다. 이러한 돌연변이를 통칭하여 인델(indels)이라고 합니다. 낭포성 섬유증에서, CFTR 유전자에 추가되거나 삭제된 단일 염기는 유전자가 결함이 있는 단백질을 암호화하도록 판독 프레임을 이동할 수 있습니다. 이 단백질은 폐 상피 세포 밖으로 염화물 이온을 운반할 수 없어 두꺼운 접착제 같은 점액이 축적되어 폐 감염의 위험을 높입니다.

다행히도 이러한 복사 오류는 100,000 염기당 약 1 개의 오류로 낮은 빈도로 발생합니다.

또한 이러한 오류의 대부분은 DNA 중합효소의 교정 활성에 의해 복제 중에 수정되어 딸 세포로 전달되거나 DNA 복구 효소에 의해 복제 후 수정됩니다. 그럼에도 불구하고 드문 경우지만 오류가 복구 프로세스를 벗어나 다음 세대로 전달될 수 있습니다.

그러나 모든 돌연변이가 유기체에 해로운 것은 아니며, 대부분의 돌연변이는 중립적이며, 일부는 생존에 이점을 줄 수 있다.

항생제 내성은 돌연변이를 통해 발생할 수 있는 유익한 특성 중 하나입니다.

예를 들어, 항생제인 플루오로퀴놀론은 DNA 자이라제(DNA gyrase)라는 박테리아 효소에 결합하여 박테리아 성장을 억제합니다. 그러나 효소 DNA 자이라제(DNA gyrase)를 암호화하는 유전자가 무작위 염기 치환을 축적하면 효소의 돌연변이 버전이 생성됩니다. 항생제는 더 이상 이 돌연변이 효소에 결합할 수 없으며, 이는 항생제가 있는 경우에도 박테리아의 생존과 성장을 유도합니다.