Бактерии и вирусы меняют свой генетический код

Анализ кодонового фагов и словаря бактерий продемонстрировал, что они отходят от канонических значений генетического кода намного чаще, чем считалось.

Генетический код – одна из тех вещей, про которую знают кроме того люди, далёкие от биологии и от науки по большому счету. Всем как мы знаем, что информация о белках закодирована в ДНК, и что информация эта представлена различными тройными комбинациями четырёх генетических букв, А, Т, Г и Ц. Комбинация из трёх букв, кодон либо триплет, кодирует одну аминокислоту, но наряду с этим одной и той же аминокислоте в большинстве случаев соответствует пара кодонов. Считывание же кодоновой информации и превращение её в полипептидную цепь происходит на протяжении трансляции, на рибосомах.

Частицы бактериофагов под электронным микроскопом. (Фото Harold Fisher / Corbis.) Схема, показывающая, откуда были забраны образцы для анализа кодонового словаря; различными цветами обозначены трансформации в значениях различных стоп-кодонов. (Иллюстрация Patrick Schwientek / Joint Genome Institute.)‹ ›

Генетический код универсален для всех живых существ – в том смысле, что все им пользуются, и альтернативы ему нет. Но одновременно с этим у некоторых организмов значения конкретных триплетов смогут изменяться, к примеру, кодону одной аминокислоты может присваиваться вторая аминокислота. В таких случаях говорят об отличиях от канонического кодонового словаря, подразумевая под каноническим словарём тот, которым пользуется большая часть организмов.

Может показаться, что такие отклонения от канонических значений в генетическом словаре – это что-то необыкновенное. Но, как продемонстрировали изучения Натальи Ивановой и её сотрудников из Объединённого геномного университета, вольное обращение со значениями кодонов встречается в природе  намного чаще, нежели возможно было предположить – во всяком случае, если мы говорим о бактериях, вирусах и их стоп-кодонах.

Что такое стоп-кодон? Это триплет, обозначающий финиш кодирующей области: в то время, когда рибосома на матричной РНК обнаруживает таковой кодон, она осознаёт, что новых аминокислот к полипептиду присоединять больше не нужно, и отпускает синтезировавшуюся полипептидную цепь. Важность таких стоп-сигналов легко понять, представив себе, что окажется, в случае если какой-то из них не сработает.

В этом случае протеиновая молекула прирастёт ещё неким числом аминокислот, поскольку рибосома продолжит сканировать мРНК и принимать новые триплеты как несущие данные об аминокислотах. Таковой удлинённый белок уже не сможет делать собственную функцию.

Но не редкость, что трансляция, другими словами синтез белка, проходит «через» терминаторный кодон; в этом случае рибосома принимает его как «аминокислотный», другими словами кодирующий какую-то аминокислоту, и в следствии всё равняется получается обычный, функционирующий белок. Другими словами клетка специально применяет отредактированную версию кодонового словаря.

Исследователи решили проверить, как обширно распространено это явление. Для этого они проанализировали большой массив данных размером в 5,6 триллионов нуклеотидов, каковые были прочтены в нескольких десятках тысяч образцов бактериофагов и бактерий. Бактерии, «участвовавшие» в изучении, жили в самых различных экологических нишах, среди них были и морские экземпляры, и пресноводные, и почвенные, и те, которых возможно отыскать у нас во рту и в кишечнике, и ещё многие другие; всего таких экологических ниш было более 1 700.

Результаты анализа всех поразили: другие значения стоп-кодонов удалось распознать практически в 10 процентов образцов. Причём активней всего генетический код переосмысляли бактерии людской микрофлоры, приблизительно добрая половина из которых прочитывала терминаторный кодон как смысловой, другими словами кодирующий какую-то аминокислоту. Повторим, что об другом применении  стоп-кодонов биологи знали в далеком прошлом, но никто не считал, что это возможно так обширно распространено.

Как растолковывают авторы работы, представление о канонических стоп-кодонах появилось среди них и по окончании изучения генетического кода бактерий, но те изучения проводились на бактериях, каковые комфортно выращивать в лаборатории. Большая часть же бактерий в лабораторных условиях не растут, потому, что до сих пор неясно, как создать для них эргономичную среду обитания. И не смотря на то, что позже геномы таких капризных бактерий также обучились просматривать, никто не разбирал полученные эти на предмет соответствия каноническим правилам.

Сейчас же получается, что многие бактерии обходятся без, казалось бы, универсального правила стоп-кодонов. Такое много случаев применения терминаторных кодонов не по назначению показывает, что это правило в этом случае имеет достаточно относительный темперамент, что значения кодонов – по крайней мере, стоп-кодонов – смогут легко приспосабливаться под какие-то потребности клетки. Но, касается это пока только бактерий и паразитирующих на них вирусах; эукариотические совокупности в полной мере смогут выполнять стоп-кодоны со всей строгостью.

Кстати говоря, в хода анализа обнаружились достаточно необыкновенные расхождения между бактериофагами и бактериями: в случае если бактерии предпочитали переозначивать один из стоп-кодонов, то фаги проделывали это с двумя вторыми каноническими терминаторными триплетами. Казалось бы, бактериофаги, каковые всецело зависят от чужих рибосом и трансляционных белков, должны придерживаться в точности той же версии кодонового словаря, что и их хозяева-бактерии. Но этого, по-видимому, не происходит, и бактериальные вирусы не испытывают никаких неудобств по причине того, что им приходится иметь дело с трансляционной машиной, «заточенной» на другие значения некоторых кодонов.

Нужно сообщить, похожие вещи с кодоновым словарём пробуют делать и сами биологи. В 2011 году исследователям из Массачусетского технологического университета в сотрудничестве с сотрудниками из Гарварда и Йеля удалось обнулить значение одного из триплетов генетического кода бактерии Escherichia coli, а спустя два года та же команда присвоила освободившемуся кодону значение неестественной аминокислоты (для чего бактерию было нужно снабдить несколькими белками и транспортной РНК, каковые обслуживали эту новую аминокислоту).

Редактируя генетический код, исследователи сохраняют надежду создать синтетический организм с заданными особенностями, и, быть может, в случае если мы определим, как самим бактериям удаётся поменять значения собственных кодоновых слов, работы в этом направлении отправятся стремительнее.

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: www.nkj.ru

Случайные записи:

• Стреляющие ядом скорпионы тратят его с умом
• Международный линейный коллайдер ilc: жизнь после бак

Опасные неизвестные бактерии и вирусы. Страшное оружие

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Как вирусы решают судьбу бактерии

  Попавшим совместно в бактериальную клетку бактериофагам приходится решать, вступать ли им между собой в непримиримую борьбу либо же начать сотрудничать….

• Вирус, пожирающий бактерии, зарядит мобильный

  Ученые В США создали метод применения энергии вирусов, каковые поедают бактерии, чтобы посредством данной энергии заряжать сотовые телефоны. Команда…

• Считать ли вирусы живыми?

  Если судить по их белкам, вирусы появились практически в один момент с старейшими клетками и с того времени развивались как независимая несколько. В…

• Бактерии меняют суточные ритмы под влиянием соседей

  Ритмы метаболической активности в бактериальной клетке изменяются в зависимости от того, большое количество ли питательных веществ около неё и что за…