Новые исследования ставят под сомнение общепризнанное мнение о том, каким образом клетки используют ДНК для синтеза белков, и предполагают, что генетический код является более сложной и разнородной структурой, чем предполагалось ранее.
Клетки выполняют множество сложных действий для того, чтобы транслировать свою последовательность базовых структурных звеньев ДНК белкам, которые затем выполняют жизненно важные функции. В связи с тем, что на одной цепи ДНК зашифровано множество различных белков, клетки используют маркеры, чтобы знать, когда можно инициировать и завершать процесс синтеза белков.
Во многих учебниках по биологии говорится, что инициирующие маркеры, или т.н. старт-кодоны, всегда кодируют соединение, называемое метионин. Однако, по словам Уильяма Дуакса, структурного биолога Нью-Йоркского государственного университета в Буффало, новые исследования, проведенные его группой, предполагают, что в учебниках может быть представлена неправильная информация. Он представит результаты своих исследований на 66-й ежегодной встрече Американской кристаллографической ассоциации, которая состоится 22-26 июля в Денвере, штат Колорадо.
«У нас есть достаточно доказательств, что сотни наиболее старых рибосомных белков до сих пор начинают синтезироваться с кодирования аминокислот валин или лейцин, но не имеют в ДНК кодона для метионина», говорит Дуакс, ссылаясь на белки, обнаруженные в важнейших структурах клеток, называемых рибосомами. «Мы нашли неоспоримое доказательство, что самые ранние виды на земле все еще используют примитивную форму генетического кода, в состав которого входят только половина из стандартных 64 кодонов» — говорит он.
Эти результаты противоречат широко распространённому мнению среди биологов. «В учебниках есть значительные ошибки. Универсальный код не является универсальным, и не все виды на земле не используют «замороженные во времени» коды, как заявляли Уотсон и Крик» — говорит Дуакс — «Некоторые базовые предположения касательно эволюции являются неправильными». Дуакс также подчеркнул, что результаты исследования вызывают вопросы относительно некоторых аспектов гипотезы об образовании жизни, т.н. гипотезы РНК-мира, которая утверждает, что РНК, аналогичная ДНК, и которая все еще используется в клетках, была первым генетическим материалом.
Дуакс и его команда получили свои результаты благодаря тщательному анализу базы данных, содержащей последовательность более чем 90 миллионов ген. Эти гены шифруют белки, и научные исследователи применили новую технологию для точного определения всех членов каждого семейства белков, и выделили их из других семейств, которые оставались неизменными на протяжении 3 миллиардов лет.
Научная группа разработала программы, которые позволяют получить полные данные и произвести тщательное сравнение семейств белков, в состав которых входят до 25000 членов, и объединяющих все виды, по которым представлены данные по геному. На основании таких сравнений научные исследователи смогут определить точное расположение и функцию наиболее старых сохранившихся белков, участвовавших в сравнении, т.е. белков, которые не менялись на протяжении самого длительного периода времени. Исследовав эти первичные белки, исследователи обнаружили доказательство, что синтез самых старых белков не начинается стандартным способом, или же для синтеза используется множество других частей стандартных кодов.
Возможно настолько же удивительным, как и само научное исследование и его результаты, является и способ, с помощью которого Дуаксу удалось найти средства для финансирования своих исследований. Он создал трехнедельную летнюю школу по молекулярной биоинформатике и эволюции для высокомотивированных учащихся старших классов. За последние шесть летних периодов он обучил более 220 студентов отслеживать первоисточники и пути эволюции белковых соединений и укладку структуры белков, а также клеточных организмов и генетических кодов.
Помимо изменения взглядов на генетическое шифрование и переписывание учебников, работа Дуакса имеет применение и в генетической терапии, позволяющая применять структурные данные по бактериям для создания методов терапии, которые являются селективными и имеют меньше побочных эффектов.
Следующий шаг для научной группы – опубликовать результаты своей работы и получить отзывы других научных исследователей.
«Некоторые из моих студентов участвовали в программе на протяжении трех лет, и уже имеют необходимые технические средства для подготовки рукописей и представления в журналы по молекулярной эволюции и структурной биологии». – говорит Дуакс. Однако, научная группа находится только в начале своего пути.
Источник: Из материалов, представленных Американской кристаллографической ассоциацией (ACA).
Оригинал: Universal genetic code may not be so universal
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/07/160726221431.htm
Перевод: Динара Байжанова