Оригинал взят у 
galicarnax в Биологические патчи
galicarnax в Биологические патчи
Когда разрабатывается сложное программное обеспечение, не удается учесть абсолютно всё. В итоге, часто после разработки программы для нее создаются отдельные патчи, залатывающие пропущенные дыры.
Что-то похожее происходило и в природе. Вот два примера.
М: Алло, мы тут пытаемся вывести первые экземпляры Homo Sapiens в инкубаторе. Обнаружилась проблема - дохнут на пятом месяце. Причину выявили, можно пофиксить введением селенопротеинов. Но есть другая беда - мы тут прикинули, селеноцистеин в белке никак не удастся получить посттрансляционно нашими методами. Поэтому обращаемся к вам. Нужно, чтобы он вставлялся в белок во время трансляции.
Г: Вы же прекрасно знаете - заказчик потребовал, чтобы было ровно двадцать аминокислот.
М: Знаем. И про 20 аминокислот знаем, и про то, чтоб они все левой формы были - знаем. И про другие капризы заказчика знаем. Мы и так выжали все возможное. Попробуйте спроектировать запрошенное с такими ограничениями! Ну, чуть-чуть просчитались, бывает. Разъясним заказчику, что невозможно построить белковые организмы с запрошенными параметрами, используя только 20 аминокислот. Места в коде много осталось, 64 кодона, как-никак. Можно было еще кучу аминокислот закодировать.
Г: Нет, генетический код менять нельзя. Он уже утвержден на Всевышнем Совете. Наши программисты немало времени потратили на его оптимизацию. Но выход есть - попробуем сделать патч. Пришлите нам список генов, в которые нужно вставлять селеноцистеин. Мы добавим в конце этих генов специальные патч-записи (SECIS). Далее, нужно будет выбрать какой-нибудь кодон, который в этих генах с помощью патч-записей будет интерепретироваться не так, как указано в коде, а как селеноцистеиновый. Как насчет фенилаланинового UUU?
М: Лучше использовать один из стоп-кодонов, например, UGA. Тем более, он рядом с цистеиновыми кодонами, а селеноцистеин отличается от цистеина всего лишь селеном вместо серы.
Г: Ok. Значит так: кодон UGA будет по умолчанию стоп-кодоном, но если в конце гена, в некодирующей его области, имеется патч-запись, кодон UGA будет в этом гене транслироваться как селеноцистеин. Устраивает?
М: Вполне. Кстати, похожая проблема в параллельном проекте есть, с метаногенными археями. Там тоже надо вставлять нестандартную аминокислоту - пирролизин. Может, сделаете заодно таким же образом?
Г: Хорошо, тогда для нее мы отведем другой стоп-кодон - UAG. Чтоб не запутаться.
С тех пор две неканонические аминокислоты - селеноцистеин и пирролизин - кодируются наряду с двадцаткой стандартных хитрым способом, без изменения генетического кода (подробнее на Элементах.ру).
М: Алло, у нас тут другая проблема. Некоторые гены производят не тот белок, что нужно. Мы проверили наши исходники - аминокислотные последовательности, которые отсылали вам, - там все правильно. Значит, это вы где-то в ДНК накосячили.
Г: Хорошо, проверим и перепишем геном.
М: Но у нас уже произведено около сотни экземпляров яйцеклеток. Их списывать, что ли? Проект не окупится. Может, патч сделаете?
Г: Мммм... Можно. Мы приготовим маленькие шаблонные РНК, по которым будут исправляться некорректные мРНК. ДНК-копии этих патчевых РНК вам нетрудно будет вшить в имеющиеся геномы.
С тех пор матричные РНК, скопированные с некоторых "неправильных" генов, корректируются перед трансляцией в белок. Для коррекции используется "правильная" информация на отдельных шаблонных молекулах РНК:
Что-то похожее происходило и в природе. Вот два примера.
* * *
Проект разработки Homo Sapiens на стадии завершения. Беседуют заведующие двумя отделениями. Первое - метаболическое (М), второе - генетическое (Г). В первом случае накосячило метаболическое отделение, во втором - генетическое.
1. Неканонические аминокислоты
М: Алло, мы тут пытаемся вывести первые экземпляры Homo Sapiens в инкубаторе. Обнаружилась проблема - дохнут на пятом месяце. Причину выявили, можно пофиксить введением селенопротеинов. Но есть другая беда - мы тут прикинули, селеноцистеин в белке никак не удастся получить посттрансляционно нашими методами. Поэтому обращаемся к вам. Нужно, чтобы он вставлялся в белок во время трансляции.
Г: Вы же прекрасно знаете - заказчик потребовал, чтобы было ровно двадцать аминокислот.
М: Знаем. И про 20 аминокислот знаем, и про то, чтоб они все левой формы были - знаем. И про другие капризы заказчика знаем. Мы и так выжали все возможное. Попробуйте спроектировать запрошенное с такими ограничениями! Ну, чуть-чуть просчитались, бывает. Разъясним заказчику, что невозможно построить белковые организмы с запрошенными параметрами, используя только 20 аминокислот. Места в коде много осталось, 64 кодона, как-никак. Можно было еще кучу аминокислот закодировать.
Г: Нет, генетический код менять нельзя. Он уже утвержден на Всевышнем Совете. Наши программисты немало времени потратили на его оптимизацию. Но выход есть - попробуем сделать патч. Пришлите нам список генов, в которые нужно вставлять селеноцистеин. Мы добавим в конце этих генов специальные патч-записи (SECIS). Далее, нужно будет выбрать какой-нибудь кодон, который в этих генах с помощью патч-записей будет интерепретироваться не так, как указано в коде, а как селеноцистеиновый. Как насчет фенилаланинового UUU?
М: Лучше использовать один из стоп-кодонов, например, UGA. Тем более, он рядом с цистеиновыми кодонами, а селеноцистеин отличается от цистеина всего лишь селеном вместо серы.
Г: Ok. Значит так: кодон UGA будет по умолчанию стоп-кодоном, но если в конце гена, в некодирующей его области, имеется патч-запись, кодон UGA будет в этом гене транслироваться как селеноцистеин. Устраивает?
М: Вполне. Кстати, похожая проблема в параллельном проекте есть, с метаногенными археями. Там тоже надо вставлять нестандартную аминокислоту - пирролизин. Может, сделаете заодно таким же образом?
Г: Хорошо, тогда для нее мы отведем другой стоп-кодон - UAG. Чтоб не запутаться.
С тех пор две неканонические аминокислоты - селеноцистеин и пирролизин - кодируются наряду с двадцаткой стандартных хитрым способом, без изменения генетического кода (подробнее на Элементах.ру).
2. Редактирование РНК (RNA editing)
М: Алло, у нас тут другая проблема. Некоторые гены производят не тот белок, что нужно. Мы проверили наши исходники - аминокислотные последовательности, которые отсылали вам, - там все правильно. Значит, это вы где-то в ДНК накосячили.
Г: Хорошо, проверим и перепишем геном.
М: Но у нас уже произведено около сотни экземпляров яйцеклеток. Их списывать, что ли? Проект не окупится. Может, патч сделаете?
Г: Мммм... Можно. Мы приготовим маленькие шаблонные РНК, по которым будут исправляться некорректные мРНК. ДНК-копии этих патчевых РНК вам нетрудно будет вшить в имеющиеся геномы.
С тех пор матричные РНК, скопированные с некоторых "неправильных" генов, корректируются перед трансляцией в белок. Для коррекции используется "правильная" информация на отдельных шаблонных молекулах РНК:
