Дивергентная ДНК: случайное открытие, которое потрясло генетику

 Ученые, тестирующие новый метод секвенирования отдельных клеток, неожиданно изменили наше понимание правил генетики.

В геноме простейшего обнаружено, казалось бы, уникальное расхождение в коде ДНК, сигнализирующее об окончании гена, что указывает на необходимость дальнейших исследований, чтобы лучше понять эту группу разнообразных организмов.

Доктор Джейми Макгоуэн, научный сотрудник Института Эрлхема, проанализировал последовательность генома микроскопического организма – протиста, выделенного из пресноводного пруда в парках Оксфордского университета.

Целью работы было протестировать конвейер секвенирования ДНК для работы с очень небольшими количествами ДНК, например, ДНК из одной клетки. Доктор Макгоуэн работал с группой ученых из Института Эрлхэма и с группой профессора Томаса Ричардса в Оксфордском университете.

Неожиданные генетические открытия у протистов

Однако, когда исследователи посмотрели на генетический код, выяснилось, что протист Oligohymenophorea sp. PL0344 оказался новым видом с маловероятным изменением в том, как его ДНК транслируется в белки.

Доктор Макгоуэн сказал: «Это просто удача, что мы выбрали этого протиста для тестирования нашего конвейера секвенирования, и он просто показывает, что там есть, подчеркивая, насколько мало мы знаем о генетике простейших».

Трудно делать какие-либо заявления о протистах как о группе. Большинство из них представляют собой микроскопические одноклеточные организмы, такие как амебы, водоросли и диатомовые водоросли, но существуют и более крупные многоклеточные протисты, такие как ламинария, слизевики и красные водоросли.

«Определение протиста расплывчато – по сути, это любой эукариотический организм, который не является животным, растением или грибом», – сказал доктор Макгоуэн. «Очевидно, это очень общий вопрос, и это потому, что протисты — чрезвычайно изменчивая группа.

«Некоторые из них более тесно связаны с животными, некоторые более тесно связаны с растениями. Есть охотники и жертвы, паразиты и хозяева, пловцы и сидящие, есть те, у кого разнообразная диета, а другие фотосинтезируют. По сути, мы можем сделать очень мало обобщений».

Инфузории и вариации генетического кода

Олигогименофорея сп. PL0344 — инфузория. Этих плавающих протистов можно увидеть в микроскоп, и они встречаются практически везде, где есть вода.

Инфузории являются «горячими точками» для изменений генетического кода, включая переназначение одного или нескольких стоп-кодонов – кодонов TAA, TAG и TGA. Практически у всех организмов эти три стоп-кодона используются для сигнализации конца гена.

Вариации генетического кода встречаются крайне редко. Среди немногих известных на сегодняшний день вариантов генетического кода кодоны TAA и TAG практически всегда имеют одинаковую трансляцию, что позволяет предположить, что их эволюция связана.

«Почти во всех известных нам случаях ОАА и ТАГ изменяются одновременно», — объяснил доктор Макгоуэн. «Если они не являются стоп-кодонами, каждый из них определяет одну и ту же аминокислоту».

Аномалии трансляции ДНК

ДНК подобна проекту здания. Он ничего не делает сам по себе — он дает инструкции по выполнению работы. Чтобы ген оказал влияние, его схему необходимо «прочитать», а затем встроить в молекулу, оказывающую физический эффект.

Чтобы ДНК была прочитана, ее сначала транскрибируют в копию РНК. Эта копия переносится в другую область клетки, где она транслируется в аминокислоты, которые объединяются в трехмерную молекулу. Процесс трансляции начинается со стартового кодона ДНК (ATG) и заканчивается стоп-кодоном (обычно TAA, TAG или TGA).

У Oligoghymenophorea sp. PL0344, только TGA функционирует как стоп-кодон – хотя доктор Макгоуэн обнаружил, что в ДНК инфузории больше кодонов TGA, чем ожидалось, что, как полагают, компенсирует потерю двух других. Вместо этого TAA обозначает лизин, а TAG — глутаминовую кислоту.

«Это крайне необычно», — сказал доктор Макгоуэн. «Нам не известен ни один другой случай, когда эти стоп-кодоны были бы связаны с двумя разными аминокислотами. Это нарушает некоторые из известных нам правил о трансляции генов: считалось, что эти два кодона связаны.

«Ученые пытаются создать новые генетические коды, но они также существуют в природе. Есть удивительные вещи, которые мы можем найти, если поищем их.

— Или, в данном случае, когда мы их не ищем.

Источник