Новое исследование объясняет различия в геномах разных видов

Исследование под руководством Льюиса Рибаса де Пупланы из Института биомедицинских исследований объясняет расходящуюся эволюцию геномов разных групп видов. Связь между функцией ферментов и составом геномов проливает свет на эволюцию и структуру генов и объясняет различия между археями, бактериями и эукариотами.

Все живые организмы на Земле делятся на три больших домена: Археи, Бактерии и Эукариоты. С начала жизни — более 3 миллиардов лет назад — геномы каждой группы эволюционировали в сторону различных структур. Учёные проанализировали распределение и количество генов транспортной РНК (тРНК) в более чем 500 видах, принадлежащих к трём доменам жизни.

Они обнаружили, что структура геномов была адаптирована к активности определённых ферментов, которые различаются у бактерий и эукариот и отсутствуют у архей. Активность этих ферментов модифицирует тРНК, позволяя им распознавать до трёх различных кодонов. Поскольку активность бактериальных и эукариотических ферментов различна, это объясняет, почему геномы и состав генов бактерий, эукариот и архей разошлись.

Это открытие углубляет понимание связи между структурой генома и скоростью синтеза белка из его генов. Как объясняет Рибас де Пуплана: «Гены, богатые кодонами, которые могут считываться модифицированными тРНК, имеют высокий уровень экспрессии. Или, иначе говоря, чем больше содержание белка в клетке, тем выше число триплетов в его гене, которые могут считываться модифицированными тРНК».

Потенциальные применения:

• Биотехнология: Открытие позволит оптимизировать промышленное производство белков. Например, производство человеческого инсулина в бактериях можно увеличить, учитывая активность этих ферментов.
• Изучение рака: Эти ферменты модификации могут быть сверхэкспрессированы при некоторых видах рака, поскольку раковые клетки очень эффективны в производстве белков.

Статья, опубликованная в журнале Cell, демонстрирует, как организмы эволюционировали по-разному для достижения лучшей адаптации и оптимальной эффективности трансляции белков. «Генетический код один и тот же, но изменилась относительная важность разных кодонов. Это привело к дифференциации геномов этих групп», — заключает Рибас.