Необычный генетический код антарктических микробов приводит к образованию редких аминокислот

В мире молекулярной биологии произошло неординарное открытие: исследователи обнаружили у некоторых архей — микроорганизмов, внешне схожих с бактериями, но биологически от них отличающихся, — необычный генетический механизм. Он позволяет использовать стоп‑кодон TAG не для завершения синтеза белка, а для включения в него редкой аминокислоты — пирролизина (Pyl). Это наблюдение может кардинально изменить подходы к созданию белков с новыми свойствами и открыть двери в неизведанные области биоинженерии.



К концу 1960‑х годов учёные сформировали представление о генетическом коде — системе правил, связывающих последовательность ДНК с порядком аминокислот в белках. В основе кода лежат четыре азотистых основания ДНК: аденин (A), гуанин (G), цитозин © и тимин (T). Каждая аминокислота кодируется триплетным кодоном — последовательностью из трёх оснований. К примеру, кодон TTT соответствует фенилаланину, а TTA кодирует лейцин.

Всего словарь генетического кода включает 64 кодона. Из них 61 — смысловые, кодирующие 20 стандартных аминокислот. Остальные три кодона выполняют роль стоп‑сигналов, сообщающих механизму синтеза о необходимости завершить построение белковой цепи.

Хотя генетический код считается универсальным для большинства живых организмов, природа порой демонстрирует исключения из правил. Так, у бактерии Mycoplasma стоп‑кодон TGA кодирует триптофан, а у человека тот же кодон отвечает за редкую аминокислоту селеноцистеин. В некоторых белках архей стоп‑кодон TAG кодирует пирролизин (Pyl).

До недавнего времени научное сообщество придерживалось мнения, что археи используют TAG преимущественно как стоп‑кодон, лишь в отдельных случаях допуская включение Pyl в состав ферментов. Однако результаты нового исследования, опубликованные в журнале Science, заставили пересмотреть эту точку зрения.

Учёные выявили виды архей, у которых кодон TAG полностью перепрофилирован: он неизменно кодирует Pyl, не выполняя функции сигнала остановки. Это позволило говорить о существовании нового генетического кода, который авторы исследования назвали «кодом Pyl». Его ключевые особенности заключаются в следующем: количество смысловых кодонов увеличено до 62 вместо стандартных 61, при этом кодируется 21 аминокислота вместо традиционных 20, а число стоп‑кодонов сокращено до двух.

Для подтверждения открытия исследователи провели анализ девяти видов архей, у которых предполагалось наличие «перепрофилирования» кодона TAG. В рамках экспериментального этапа были выбраны два вида: Methanococcoides burtonii, обитающий в антарктических озёрах с экстремально низкими температурами, и Methanomethylophilus alvi, обнаруженный в кишечнике человека.

Применяя метод масс‑спектрометрии, учёные смогли выявить 54 белка, содержащих пирролизин. Установлено, что эти молекулы принимают участие в важнейших биологических процессах, включая репликацию ДНК и выработку энергии. На основании полученных данных исследователи пришли к однозначному выводу: изучаемые археи действительно используют нестандартный генетический код.

Читайте также: