Все организмы на Земле используют генетический код — язык, на котором планы строительства белков закодированы в ДНК. Предполагалось, что существует только один «канонический» код и для любого организма «слово» генетического языка имеет одинаковое значение. Обнаруженные ранее несколько организмов с отступлением от канонического способа кодирования наследственной информации рассматривались как эволюционная странность, редко встречающаяся экзотика. Но эта парадигма поставлена под сомнение открытием большого числа исключений из канонического генетического кода, сделанным группой исследователей U.S. Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), отчет о котором опубликован 23 мая 2014 в журнале Science.
«Мы исходили из того, что код или словарь, используемый организмами, является всеобщим, применимым для всего древа жизни, с исчезающе немногими исключениями, — говорит директор DOE JGI Эдди Рубин, автор публикации. — Мы доказали, что это не так. Существует значительная часть живых организмов, которая использует другой словарь, так что одно слово означает разные вещи у разных организмов».
Это исследование было проведено в рамках большого проекта DOE JGI, суть которого — изучение «бактериальной темной материи». Это огромное количество микробов, их трудно, а то и невозможно культивировать и изучать в лаборатории, но они заполняют почти все среды — от кишечника человека до дна океана. Около 99% всех видов микроорганизмов на Земле попадают в эту категорию, их не изучают в лабораториях, но они не только являются основой экологические процессов, таких как круговорот углерода и другие пищевые циклы на суше и в воде, но даже оказывают влияние на климат.
Современные методы исследований позволяют создать генетическую карту отдельного микроорганизма. Это позволило начать изучение того, как генетический код работает в дикой природе.
Прошло 60 лет с момента открытия структуры ДНК и появления центральной догмы молекулярной биологии, согласно которой ДНК служит матрицей для РНК и четыре нуклеотида образует 64 кодона — единиц генетического кода, состоящих из трех нуклеотидов. 61 кодон кодирует определённые аминокислоты, а 3 оставшихся (UGA, UAG и UAA) сигнализируют об остановке трансляции полипептидной цепи и называются стоп-кодонами.
Когда организм строит белок по инструкции, содержащейся в ДНК, и встречает один из трех стоп-кодонов, это означает, что синтез белка завершен.
«Это своего рода «знак остановки», — рассказывает Рубин. — Но наше исследование показало, что для некоторых организмов знак остановки не является таковым, а является частью инструкции по добавлению аминокислот».
По словам исследователей, бактерий с неканоническим языком генетического кода очень много, до десяти процентов в некоторых средах. Важным открытием стало обнаружение бактериофагов и вирусов, обладающих генетическим словарем, не совпадающим со словарем клетки-хозяина. Это ставит перед учеными задачу определить, какие молекулярные трюки делают возможным размножение таких вирусов.
