Hầu hết các đột biến trên phân tử DNA thường được khắc phục bằng hai phương thức chính:

- Sửa chữa phục hồi trực tiếp (direct reversal repair), hoặc:

- Cắt bỏ sai hỏng và sửa chữa lại bằng cách dùng trình tự bổ sung (damage excision and repair using complementary sequence).

Sửa chữa trực tiếp thường liên quan đến hai loại sai hỏng trên phân tử DNA do tia tử ngoại gây ra là: cyclobutane-pyrimidine dimer (CPDs) và pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4 PPs). Hai loại sai hỏng này đều làm biến dạng cấu trúc xoắn của DNA. CPDs và 6-4 PPs được nhận biết và sửa chữa nhờ enzyme photolyase. Enzyme này sử dụng năng lượng ánh sáng để thực hiện phản ứng làm thay đổi các liên kết hóa học để nucleotide trở lại dạng bình thường.

Đa số sai hỏng của DNA được sửa chữa bằng phương thức thứ hai. Cơ chế này phải sử dụng thông tin di truyền chứa ở một trong hai sợi đơn DNA. Khi trình tự nucleotide trên một sợi bị thay đổi thì sợi thứ hai (liên kết bổ sung với sợi thứ nhất) được dùng làm khuôn mẫu để sửa chữa những sai hỏng đó. Một số cơ chế sửa chữa như sau:

- Hệ thống sửa chữa nhận biết các trình tự DNA không thích hợp với các cặp base chuẩn và thay thế chúng.

- Hệ thống sửa chữa-cắt bỏ (excision-repair system) loại đi một đoạn DNA ở vị trí sai hỏng và sau đó thay thế nó.

- Hệ thống sửa chữa-tái tổ hợp (recombinant-repair system) sử dụng phương thức tái tổ hợp để th

1. Các biến đổi xảy ra trên phân tử DNA

Trên DNA có thể xảy ra các biến đổi ngẫu nhiên như sau:

- Gãy hay đứt mạch. Phân tử DNA có chiều ngang rất mảnh, bản thân nó lại thường xuyên cuộn xoắn và giãn xoắn nên dễ xảy ra đứt gãy một sợi. Tuy nhiên, khả năng đứt cùng lúc hai sợi hiếm khi gặp hơn.

- Base bị cắt mất. Hiện tượng này làm base tương ứng không bắt cặp được. Dưới tác dụng của nhiệt có thể xảy ra quá trình khử purine (depurination) do thủy phân liên kết N-glycosyl.

- Gắn các nhóm mới vào base bằng liên kết cộng hóa trị làm thay đổi tính chất như trường hợp methyl hóa (gắn nhóm CH3 vào một base).

- Biến một base này thành một base khác làm bắt cặp sai. Ví dụ: quá trình khử amine (desamination) của cytosine biến nó thành uracil.

- Các base có thể tồn tại ở hai dạng keto và enol nên có thể dẫn đến bắt cặp sai. Ví dụ: dạng enol của cytosine có thể bắt cặp với adenine.

- Tạo các thymine dimer.

- Liên kết chéo giữa các mạch (interstand crosslink).

Trên đây là các biến đổi ngẫu nhiên, nếu có tác động của các tác nhân gây đột biến các biến đổi sẽ xảy ra nhiều hơn.

2. Khái quát các cơ chế sửa chữa ở mức phân tử

Sự nguyên vẹn của phân tử DNA mang thông tin di truyền có ý nghĩa sống còn đối với tế bào, nhất là tế bào prokaryote. Ở tế bào vi khuẩn, có đến 50% DNA không bị biến đổi thậm chí sau khi tái bản đến 100 triệu lần. Sự ổn định cao của DNA tế bào có được nhờ hàng loạt các cơ chế bảo vệ sự nguyên vẹn và sửa chữa ngay lập tức bất kỳ sai hỏng nào vừa xuất hiện.

Các hệ thống sửa sai rất đa dạng và có hiệu quả rất cao ở E. coli. Có khoảng 100 locus tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp vào việc bảo vệ DNA và sửa sai.

Chỉ với DNA, tế bào phải đầu tư rất lớn cho sự ổn định của thông tin di truyền. Nếu như sự tái bản chỉ xảy ra khi phân bào, thì các cơ chế sửa sai phải hoạt động liên tục. Tái bản được thực hiện với cơ chế về cơ bản giống nhau ở các loại tế bào và trong mỗi lần nhân đôi DNA. Trong khi đó, sai hỏng xảy ra rất đa dạng, nên các cơ chế sửa sai nhiều hơn và với số lượng gen tham gia lớn hơn. Hơn nữa, các cơ chế di truyền cơ bản như tái bản, tái tổ hợp DNA đều có sự tham gia của các cơ chế sửa sai và ngược lại sửa sai cần đến tái bản và tái tổ hợp.