Томаты и верёвка символизируют рибосому и матричную РНК — ключевые элементы клеток, переводящие генетический код в белки (фото Gene-Wei Li/UCSF).
Понимание дополнительных правил работы генетического аппарата имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Например, руководствуясь ими, можно будет генно-инженерными методами ускорить промышленное производство биотоплива или биологических препаратов.
Экспериментаторы из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили, что незначительные (всего по одной букве) изменения в наследственном коде, не влияющие на конечный продукт, то есть кодируемый геном белок, могут отражаться на темпе синтеза этого белка.
Опыты с бактериями показали, что изменения в скороститрансляции и даже паузы в ней зависят от появления в коде того или иного типа так называемых избыточных кодонов — триплетов генетических букв (нуклеотидов).
Основой для открытия послужила оригинальная методика анализа работы клетки под названием «профилирование рибосом». При нём учёные извлекают из клеток рибосомы (на рисунке показана структура такого органоида) и препарируют всю генетическую информацию, с которой рибосома работает в данный момент. Так оказалось возможным с высокой точностью измерять текущую активность генов и скорость сборки белков (иллюстрация Dale Muzzey/UCSF).
Избыточными они называются потому, что, как считалось, содержат лишь дублирующую информацию. Ведь всего существует 64 кодона, а аминокислот, используемых живыми организмами для построения белков, – только 20. Таким образом, имеются целые группы разных кодонов, кодирующих одну и ту же аминокислоту.
Генетики радуются, ведь становится понятной одна загадка: те или иные организмы, как показали результаты секвенирования генома ряда видов, почему-то предпочитают использовать в своём наследственном коде один кодон вместо другого, хотя результат в плане синтеза белков вроде бы один и тот же.
«Мы многое не понимали в правилах, — заявил один из исследователей Джонатан Вайссман (Jonathan Weissman). — Генетический код считается избыточным, но избыточные кодоны, безусловно, не идентичны». Природа отбирает те или иные из них, исходя из требуемой скорости сборки белков, поясняют биологи.
Открытый механизм, в том числе способ постановки трансляции на паузу, учёные считают важным изобретением эволюции, позволяющим клетке избегать синтеза веществ в неподходящее время или в неправильном количестве.
Разумеется, ранее биологи уже знали, что сборка белков может идти очень неравномерно, но не было известно – что же управляет этими колебаниями. Теперь генетики смогли и сами регулировать данный процесс, заменяя в бактериях одни редкие кодоны на другие.
(Детали исследования можно найти в статье в Nature.)
