Дослідження американських учених ставить під сумнів один із базових принципів молекулярної біології — однозначність генетичного коду. Вперше зафіксовано організм, який здатен по-різному трактувати один і той самий кодон, створюючи альтернативні білки з ідентичної генетичної інструкції.
Генетичний код десятиліттями вважався однією з найточніших систем у природі. Кожна трійка нуклеотидів — кодон — відповідає конкретній амінокислоті або сигналізує про завершення синтезу білка. Саме ця сувора відповідність забезпечує стабільність роботи клітин і життєздатність організмів.
Однак дослідники з Каліфорнійського університету в Берклі виявили мікроорганізм, який порушує це правило. Йдеться про метаногенну архею Methanosarcina acetivorans, здатну інтерпретувати стоп-кодон UAG двома різними способами — як сигнал зупинки або як інструкцію для продовження синтезу білка.
Подвійне читання коду
У класичній біології стоп-кодони виконують чітку функцію — вони зупиняють збірку білкової молекули. Проте у випадку з Methanosarcina acetivorans той самий кодон іноді використовується для вставки рідкісної амінокислоти — піролізину. В результаті клітина може виробляти два різні білки з однієї й тієї ж послідовності ДНК.
За словами авторів дослідження, мікроб функціонує стабільно навіть за такої «невизначеності», що суперечить уявленням про необхідність абсолютної точності генетичного коду. Це свідчить про те, що біологічні системи можуть бути значно гнучкішими, ніж вважалося раніше.
Навіщо мікробу така гнучкість
На думку науковців, така особливість могла сформуватися еволюційно для ефективнішого метаболізму метиламіну — сполуки, поширеної в навколишньому середовищі та в організмі людини. Піролізин відіграє ключову роль у ферментах, які розщеплюють ці сполуки, дозволяючи археям отримувати енергію.
Цікаво, що археї, здатні переробляти метиламіни, опосередковано впливають і на здоров’я людини. Метиламіни є попередниками триметиламін-N-оксиду — молекули, яку пов’язують із підвищеним ризиком серцево-судинних захворювань. Зменшення їх концентрації в кишечнику може мати захисний ефект.
Потенціал для медицини
Відкриття має не лише фундаментальне, а й прикладне значення. Приблизно 10% спадкових захворювань у людини пов’язані з передчасними стоп-кодонами, які обривають синтез білків. Якщо навчитися контрольовано «послаблювати» такі сигнали, клітини зможуть виробляти повноцінні білки, зменшуючи прояви важких генетичних хвороб, зокрема муковісцидозу та м’язової дистрофії Дюшенна.
Дослідники наголошують: йдеться не про переписування генетичного коду, а про розуміння механізмів його регуляції. Ранні дані свідчать, що вибір між зупинкою та продовженням синтезу залежить від концентрації піролізину в клітині.
Новий погляд на еволюцію коду
Традиційно вважалося, що кожен кодон має лише одне значення. Навіть з урахуванням відмінностей між організмами, система трансляції залишалася детермінованою. Нові результати демонструють, що в окремих випадках еволюція допустила контрольовану неоднозначність — і вона не руйнує систему, а розширює її можливості.
Науковці вважають, що це відкриття може змінити уявлення про походження та розвиток генетичного коду, а також відкрити нові напрями досліджень у біології, медицині та біотехнологіях.
Дослідження опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
