388
Bacteria і віруси змінюють свій генетичний код
Аналіз кодонського словника бактерій і фагів показали, що вони вилітають з канонічних значень генетичного коду набагато частіше, ніж думка.
Генетичний код є одним з тих речей, які навіть люди, які знаходяться далеко від біології і науки. Всім відомо, що інформація про білки зашифровані в ДНК, і що ця інформація представлена різними потрійними поєднаннями чотирьох генетичних букв, А, Т, Г і С. Поєднання трьох літер, кодону або потрійки, кодує одну амінокислоту, але така ж амінокислота зазвичай відповідає декількох кодонів. Читання інформації кодона і перетворення її в поліпептидну ланцюг відбувається при перекладі, на рибосомах.
Генетичний код є універсальним для всіх живих речей, у тому сенсі, що кожен використовує його і немає альтернативи. Але в той же час в деяких організмах значення специфічних походів може відрізнятися, наприклад, кодон однієї амінокислотної кислоти може бути призначено ще одну амінокислоту. У таких випадках вони говорять про відмінності від словника канонічного кодона, що перешкоджає канонічному словнику, який використовується самими організмами.
Здається, що такі відхилення від канонічних значень в генетичному словнику є чимось винятковим. Але як показано дослідження Наталії Іванова та її колег з Спільного геномного інституту, що безкоштовне використання значень кодона значно частіше зустрічається в природі, ніж один може думати – принаймні, якщо мова йде про бактерії, віруси та їх зупинки кодонти.
Що таке стоп-кондон? Це потрійний, який позначається на кінці області кодування: коли на матриці РНК виявляє таку кодон, він розуміє, що нові амінокислоти більше не потрібно кріпитися до поліпептиду, і випускає синтезований поліпептидний ланцюг. Важливість таких сигналів зупинки легко зрозуміти, що відбувається, якщо один з них не працює. У цьому випадку молекула білка виростить ще амінокислоти, тому що рібосом продовжить сканування МРНК і сприймати нові походи, як перенесення інформації про амінокислоти. Такий подовжений протеїн не зможе виконати свою функцію.
Однак буває, що переклад, тобто синтез білка, проходить через термінатор кодону; в цьому випадку рібосом сприймає його як «амінокислота», тобто кодування деяких амінокислот, а результат ще нормальний, функціонування білка. Що таке, що клітина навмисно використовує редаговану версію словника codon.
Дослідники вирішили перевірити, як поширено це явище. Для цього вони проаналізували колосальну кількість нуклеотидів 5,6, які читали в десятках тисяч зразків бактерій і бактеріофагів. Бактерії «партицидовані» в дослідженні, що проживали в різних екологічних нішах, серед них були мариновані зразки, і прісноводні, і ґрунти, і ті, які можна знайти в нашому роті і кишечнику, і багато інших; були більш ніж 1 700 таких екологічних ніш.
Результати аналізу дивилися всі: альтернативні значення стоп-кодів були виявлені майже 10% зразків. Більш того, найбільш активний генетичний код був переповнений бактеріями мікрофлори людини, близько половини яких читав термінінатор кодон як семантичний, тобто кодування деяких амінокислот. По-перше, біологи давно відомі про альтернативне застосування кондонів, але ніхто не думав, що це може бути настільки поширеним.
Як пояснюються автори, ідея канонічної зупинки кодонів також після вивчення генетичного коду бактерій, але ті дослідження проводилися на бактеріях, які зручно ростуть в лабораторії. Більшість бактерій не вирощують в лабораторії, тому що ще не зрозуміло, як створити комфортний звичок для них. І хоча геноми таких містичних бактерій також навчилися читати, ніхто не проаналізував дані щодо відповідності канонічних правил.
Тепер виходить, що багато бактерій роблять без здавалося б універсального правила зупинки кодонів. Таке велике число випадків неправильного зловживання кодонами, що це правило в цьому випадку досить відносне, що значення кодонтів – принаймні зупинити кодонти – може легко адаптуватися до деяких потреб комірки. Однак це стосується тільки бактерій і паразитарних вірусів; еукаротичні системи можуть спостерігати зупинки кодонів з усіма тяжкістю.
Випадково аналіз виявляв досить незвичайні невідповідності між бактеріями та бактеріофагами: якщо бактерії віддають перевагу редизайну одного з стоп-кодів, то фагге робили це з двома іншими канонічними термінаторами. Здавалося б, бактеріофаги, які повністю залежать від зарубіжних рибосом і перекладацьких білків, повинні дотримуватися точно тієї ж версії словника кодона, як їх бактеріями. Тим не менш, це не здавалося б, і бактеріальні віруси не відчувають ніяких незручностей через те, що вони повинні мати справу з бюро перекладів, «загартованими» іншими значеннями деяких кодонів.
Я повинен сказати, що біологи самі намагаються зробити подібні речі з кодонським словником. У 2011 році дослідники Інституту технології Массачусетса, у співпраці з колегами Гарвардського та Яльського, вдалося наготувати значення одного з трилетів генетичного коду бактерії Escherichia coli, а через два роки аналогічна команда присвоєна вивільненим кодоном значення штучної амінокислоти (для яких бактерія повинна бути доставлена з декількома білками та транспортом РНК, які послужили цю нову амінокислоту).
До редагування генетичного коду дослідники сподіваються на створення синтетичного організму з заданими властивостями, і, можливо, якщо ми навчимося, як самі бактерії вдається змінити значення своїх слів, працювати в цьому напрямку буде швидше.
Джерело: nkj.ru
Генетичний код є одним з тих речей, які навіть люди, які знаходяться далеко від біології і науки. Всім відомо, що інформація про білки зашифровані в ДНК, і що ця інформація представлена різними потрійними поєднаннями чотирьох генетичних букв, А, Т, Г і С. Поєднання трьох літер, кодону або потрійки, кодує одну амінокислоту, але така ж амінокислота зазвичай відповідає декількох кодонів. Читання інформації кодона і перетворення її в поліпептидну ланцюг відбувається при перекладі, на рибосомах.
Генетичний код є універсальним для всіх живих речей, у тому сенсі, що кожен використовує його і немає альтернативи. Але в той же час в деяких організмах значення специфічних походів може відрізнятися, наприклад, кодон однієї амінокислотної кислоти може бути призначено ще одну амінокислоту. У таких випадках вони говорять про відмінності від словника канонічного кодона, що перешкоджає канонічному словнику, який використовується самими організмами.
Здається, що такі відхилення від канонічних значень в генетичному словнику є чимось винятковим. Але як показано дослідження Наталії Іванова та її колег з Спільного геномного інституту, що безкоштовне використання значень кодона значно частіше зустрічається в природі, ніж один може думати – принаймні, якщо мова йде про бактерії, віруси та їх зупинки кодонти.
Що таке стоп-кондон? Це потрійний, який позначається на кінці області кодування: коли на матриці РНК виявляє таку кодон, він розуміє, що нові амінокислоти більше не потрібно кріпитися до поліпептиду, і випускає синтезований поліпептидний ланцюг. Важливість таких сигналів зупинки легко зрозуміти, що відбувається, якщо один з них не працює. У цьому випадку молекула білка виростить ще амінокислоти, тому що рібосом продовжить сканування МРНК і сприймати нові походи, як перенесення інформації про амінокислоти. Такий подовжений протеїн не зможе виконати свою функцію.
Однак буває, що переклад, тобто синтез білка, проходить через термінатор кодону; в цьому випадку рібосом сприймає його як «амінокислота», тобто кодування деяких амінокислот, а результат ще нормальний, функціонування білка. Що таке, що клітина навмисно використовує редаговану версію словника codon.
Дослідники вирішили перевірити, як поширено це явище. Для цього вони проаналізували колосальну кількість нуклеотидів 5,6, які читали в десятках тисяч зразків бактерій і бактеріофагів. Бактерії «партицидовані» в дослідженні, що проживали в різних екологічних нішах, серед них були мариновані зразки, і прісноводні, і ґрунти, і ті, які можна знайти в нашому роті і кишечнику, і багато інших; були більш ніж 1 700 таких екологічних ніш.
Результати аналізу дивилися всі: альтернативні значення стоп-кодів були виявлені майже 10% зразків. Більш того, найбільш активний генетичний код був переповнений бактеріями мікрофлори людини, близько половини яких читав термінінатор кодон як семантичний, тобто кодування деяких амінокислот. По-перше, біологи давно відомі про альтернативне застосування кондонів, але ніхто не думав, що це може бути настільки поширеним.
Як пояснюються автори, ідея канонічної зупинки кодонів також після вивчення генетичного коду бактерій, але ті дослідження проводилися на бактеріях, які зручно ростуть в лабораторії. Більшість бактерій не вирощують в лабораторії, тому що ще не зрозуміло, як створити комфортний звичок для них. І хоча геноми таких містичних бактерій також навчилися читати, ніхто не проаналізував дані щодо відповідності канонічних правил.
Тепер виходить, що багато бактерій роблять без здавалося б універсального правила зупинки кодонів. Таке велике число випадків неправильного зловживання кодонами, що це правило в цьому випадку досить відносне, що значення кодонтів – принаймні зупинити кодонти – може легко адаптуватися до деяких потреб комірки. Однак це стосується тільки бактерій і паразитарних вірусів; еукаротичні системи можуть спостерігати зупинки кодонів з усіма тяжкістю.
Випадково аналіз виявляв досить незвичайні невідповідності між бактеріями та бактеріофагами: якщо бактерії віддають перевагу редизайну одного з стоп-кодів, то фагге робили це з двома іншими канонічними термінаторами. Здавалося б, бактеріофаги, які повністю залежать від зарубіжних рибосом і перекладацьких білків, повинні дотримуватися точно тієї ж версії словника кодона, як їх бактеріями. Тим не менш, це не здавалося б, і бактеріальні віруси не відчувають ніяких незручностей через те, що вони повинні мати справу з бюро перекладів, «загартованими» іншими значеннями деяких кодонів.
Я повинен сказати, що біологи самі намагаються зробити подібні речі з кодонським словником. У 2011 році дослідники Інституту технології Массачусетса, у співпраці з колегами Гарвардського та Яльського, вдалося наготувати значення одного з трилетів генетичного коду бактерії Escherichia coli, а через два роки аналогічна команда присвоєна вивільненим кодоном значення штучної амінокислоти (для яких бактерія повинна бути доставлена з декількома білками та транспортом РНК, які послужили цю нову амінокислоту).
До редагування генетичного коду дослідники сподіваються на створення синтетичного організму з заданими властивостями, і, можливо, якщо ми навчимося, як самі бактерії вдається змінити значення своїх слів, працювати в цьому напрямку буде швидше.
Джерело: nkj.ru
