Микробы опровергают давнее предположение об общем генетическом словаре для всех организмов

Некоторые дикие микроорганизмы, обнаруженные в природе, а не выращенные в лаборатории, иначе интерпретируют инструкции, закодированные в их ДНК. Короткие сегменты ДНК, которые у других организмов сигнализируют об остановке добавления аминокислот к белку, у них интерпретируются как команда "добавить ещё одну аминокислоту".

Данные об этих диких микробах показывают, что некоторые устоявшиеся представления о поведении микроорганизмов могут быть неточными, поскольку основаны на данных о малой доле микробов, культивированных и изученных в лаборатории.

Четыре буквы — A, C, G и T — представляют собой основания в ДНК для всех организмов на Земле. Поскольку конкретный порядок, или последовательность, этих четырёх букв генетически определяет организм, определение этой последовательности является фундаментальной отправной точкой для многих биологических исследований. Внутри этой последовательности находятся более короткие трёхбуквенные группы, называемые кодонами, которые представляют аминокислоты — строительные блоки белков. Из 64 кодонов 61 обычно кодирует 20 известных аминокислот. Три кодона функционируют как стоп-сигналы и используются для обозначения конца синтеза белка. Учитывая, что все организмы имеют генетический материал, построенный на одних и тех же четырёх буквах, учёные долго предполагали, что организмы также разделяют общий словарь и одинаково интерпретируют 64 кодона.

Однако исследователи из Объединённого института генома (DOE JGI) Министерства энергетики США показывают, что для многих некультивируемых микробов инструкции для этих трёх стоп-кодонов означают всё что угодно, кроме остановки. Стоп-кодоны часто были переназначены для кодирования аминокислот. Под руководством директора DOE JGI Эдди Рубина исследователи изучили коллекцию вирусных последовательностей, а также некультивируемых микробов, чьи геномы были описаны с помощью одноклеточной геномики и метагеномики. Было проанализировано почти 6 триллионов пар оснований последовательностей из 1 776 образцов, собранных из человеческого тела и нескольких точек по всему миру. Команда обнаружила, что переназначение всех трёх стоп-кодонов встречается, но с разными предпочтениями в зависимости от домена жизни и среды обитания.

Команда наблюдала различные паттерны переназначения стоп-кодонов (каждый стоп-кодон имеет название: янтарный, опаловый и охровый):

• Бактерии показали только переназначения опалового кодона.
• Эукариоты показали переназначения охрового кодона.
• Археи были лишены переназначений кодонов.
• Среди ДНК-вирусов команда обнаружила как янтарные, так и опаловые переназначения.

Эта работа основана на предыдущем исследовании, в котором учёные DOE JGI успешно использовали одноклеточную геномику, чтобы пролить свет на множество микробов, представляющих 29 "в основном неизученных" ветвей на древе жизни.