Доказательство гибкости генетического кода

Буквы A, C, G и T обозначают четыре химических основания, хранящих информацию в ДНК. Последовательность этих букв в определённом порядке генетически определяет организм. Внутри геномной последовательности находятся более короткие трёхбуквенные кодоны, которые кодируют одну из 20 стандартных аминокислот, при этом три из 64 возможных кодонов зарезервированы под стоп-сигналы. Эти аминокислоты — строительные блоки белков. Например, аминокислота аланин кодируется кодоном GCU, а цистеин — UGU. У некоторых организмов стоп-кодон UGA, который обычно сигнализирует об окончании гена, используется для кодирования редкой аминокислоты — селеноцистеина.

В исследовании, опубликованном онлайн 16 марта 2016 года в журнале Angewandte Chemie International Ed., учёные из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) и Йельского университета обнаружили, что микроорганизмы распознают более одного кодона для селеноцистеина. Это подтверждает недавние исследования, указывающие, что генетический словарь организмов не так ограничен, как считалось долгое время.

Работа является продолжением двух публикаций 2014 года:

• Статья в Science от группы JGI показала, что некоторые организмы интерпретируют три стоп-кодона не как сигнал остановки.
• Эксперимент по синтетической биологии группы из Йельского университета (Angewandte Chemie International Ed.) показал, что почти все кодоны в Escherichia coli можно заменить на селеноцистеин. Это поставило вопрос, встречается ли такое явление в природе.

«Доступ к огромным ресурсам JGI позволил нам быстро проверить сложные гипотезы», — отметил Дитер Соль, ведущий автор статьи.

Совместная команда проанализировала триллионы пар оснований публичных микробных геномов и метагеномных данных в NCBI и системе IMG DOE JGI, чтобы найти случаи переопределения стоп-кодонов у бактерий и бактериофагов.

Из примерно 6,4 триллиона пар оснований метагеномных последовательностей и 25 000 микробных геномов команда идентифицировала несколько видов, которые распознают стоп-кодоны UAG и UAA, а также 10 смысловых кодонов, как допустимые варианты для кодона селеноцистеина UGA.

Как сообщила команда, это открытие «расширяет наши представления о возможном существовании других схем кодирования... Наш подход предоставляет новые доказательства ограниченной, но недвусмысленной пластичности генетического кода, чьи секреты всё ещё скрыты в большинстве несеквенированных организмов».

Это открытие также иллюстрирует контекстную зависимость генетического кода. Для точного «чтения» кода и, в конечном итоге, «написания» ДНК для решения задач в биоэнергетике или науках об окружающей среде потребуется изучение языка ДНК на более глубоком уровне.