Группа ученых, возглавляемая исследователем ICREA Луисом Рибасом де Пуплана из Института исследований биомедицины (IRB Barcelona) и в сотрудничестве с Федором А. Кондрашовым из Центра геномной регуляции (CRG) и Модесто Ороско из IRB Barcelona, продемонстрировали, что генетический код эволюционировал, чтобы включать максимум 20 аминокислот и что он не мог расти дальше из-за функционального ограничения РНК переноса — молекул, которые служат в качестве интерпретаторов между языком генов и языком белков. Эта остановка в усложнении жизни произошла более 3000 миллионов лет назад, до отдельной эволюции бактерий, эукариот и архебактерий, поскольку все организмы используют один и тот же код для производства белков из генетической информации.Авторы исследования объясняют, что механизм, который переводит гены в белки, неспособен распознавать более 20 аминокислот, потому что это могло бы сбить их с толку, что привело бы к постоянным мутациям в белках и, следовательно, к ошибочной трансляции генетической информации «с катастрофическими последствиями». "по словам Рибаса. «Синтез белка, основанный на генетическом коде, является решающей особенностью биологических систем, и он крайне важен для обеспечения точной передачи информации», — говорит исследователь.
Ограничение, накладываемое формойНасыщение генетического кода происходит от транспортных РНК (тРНК), молекул, ответственных за распознавание генетической информации и перенос соответствующей аминокислоты в рибосому, место, где цепочка аминокислот превращается в белки в соответствии с информацией, закодированной в данной информации. ген. Однако полость рибосомы, в которую должны помещаться тРНК, означает, что эти молекулы должны принимать L-образную форму, и существует очень небольшая возможность различий между ними. «Создавать новые аминокислоты было бы на пользу системе, потому что, на самом деле, мы используем более 20 аминокислот, которые у нас есть, но дополнительные из них включаются очень сложными путями, не связанными с генетическим кодом. И наступил момент, когда природа не смогла создать новые тРНК, которые бы существенно отличались от уже имеющихся, не вызывая проблем с идентификацией правильной аминокислоты.
И это произошло, когда было достигнуто 20 аминокислот », — объясняет Рибас.Применение в синтетической биологии
Одна из целей синтетической биологии — увеличить генетический код и модифицировать его для создания белков с различными аминокислотами для достижения новых функций. С этой целью исследователи используют такие организмы, как бактерии, в строго контролируемых условиях, чтобы производить белки с заданными характеристиками. «Но это действительно сложно сделать, и наша работа демонстрирует, что необходимо избегать конфликта идентификации между синтетическими тРНК, разработанными в лаборатории, и существующими тРНК, если мы хотим достичь более эффективных биотехнологических систем», — заключает исследователь.