Генетический код помогает клеткам собирать белки по инструкциям, записанным в ДНК. У большинства живых организмов эти правила устроены сходным образом, однако ученые обнаружили микроорганизм, у которого два стандартных сигнала остановки сборки белка обозначают разные аминокислоты.

Находка показывает, что генетический код может быть устроен сложнее, чем считалось ранее. О том, как исследователи обнаружили необычный механизм и что он говорит об эволюции, — в материале «Известий».

Исследование необычного генетического кода было опубликовано в журнале PLOS Genetics. Ученые обнаружили его у микроорганизма Oligohymenophorea sp. PL0344, найденного в пресном водоеме на территории Оксфордского университета. Изначально исследователи проверяли метод секвенирования ДНК, позволяющий изучать генетический материал. Однако при анализе генома они заметили, что микроорганизм использует необычные правила считывания генетической информации.

Чтобы понять значение находки, важно знать, как клетки собирают белки. Генетическая информация считывается небольшими группами по три нуклеотида — их называют кодонами. Большинство кодонов обозначает определенную аминокислоту, из которой строится белок. Другие выполняют роль сигналов остановки: они сообщают клетке, что сборку пора завершить.

Обычно остановку сборки белка обозначают три кодона: TAA, TAG и TGA. У обнаруженного микроорганизма два из них получили другое значение. TAA обозначает аминокислоту лизин, а TAG — глутаминовую кислоту. Только TGA сохранил обычную функцию сигнала остановки.

Джейми Макгоуэн, научный сотрудник постдокторнатуры в Институте Эрлхэма

Почти во всех других известных нам случаях TAA и TAG меняют значение одновременно. Когда они перестают быть стоп-кодонами, каждый из них обозначает одну и ту же аминокислоту.

Ученые обнаружили в геноме специальные гены транспортных РНК. Эти молекулы помогают клетке доставлять нужные аминокислоты в процессе сборки белков. Их наличие позволяет объяснить, как микроорганизм использует необычные значения кодонов.

Исследователи также нашли большое количество кодонов TGA сразу после участков, содержащих инструкции для белков. Такие сигналы могут помогать останавливать сборку, если клетка продолжает считывать генетическую информацию за пределами нужного участка.

Необычные варианты генетического кода встречаются и у других простейших. В еще одном исследовании, опубликованном в журнале PLOS Genetics, ученые описали несколько таких вариантов у инфузорий. У пяти изученных видов кодон UAG, который обычно служит сигналом остановки, обозначал другую аминокислоту — лейцин или глутамин. При этом кодон UAA сохранил функцию остановки.

Сравнение геномов показало, что изменения генетического кода возникали независимо в разных эволюционных линиях. Это означает, что разные группы микроорганизмов могли прийти к похожим изменениям разными путями. При этом механизм, обнаруженный у Oligohymenophorea sp. PL0344, отличается от описанных вариантов у других инфузорий.

Обнаружение необычного генетического кода помогает понять, насколько разнообразными могут быть механизмы, с помощью которых клетки создают белки. Сравнение разных микроорганизмов позволяет исследовать, как эти правила менялись в ходе эволюции и почему у большинства живых организмов они остаются похожими.

Такие знания могут быть полезны для синтетической биологии — области, в которой ученые изучают возможности изменения генетического кода. Однако точный путь возникновения необычной системы у обнаруженного микроорганизма пока не установлен. Находка показывает существование альтернативного механизма, но не объясняет полностью, как и почему он сформировался.