Виняток із фундаментального правила
Учені випадково виявили одноклітинний мікроорганізм Oligohymenophorea sp. PL0344 у прісноводному ставку на території Оксфордського університету у Великій Британії. Цей мікроорганізм використовує два стандартні стоп-кодони TAA і TAG для кодування різних амінокислот, що є винятком із фундаментального правила генетичного коду. Зазвичай стоп-кодони TAA і TAG еволюціонують узгоджено, кодують одну й ту ж амінокислоту, якщо не є стоп-сигналами. У випадку Oligohymenophorea sp. PL0344, TAA кодує лізин, тоді як TAG кодує глутамінову кислоту. Стоп-кодон TGA залишається єдиним звичайним стоп-кодоном у цього мікроорганізму.
Відкриття було зроблено під час випробування нового методу секвенування ДНК для аналізу дуже малих кількостей генетичного матеріалу. Дослідження геному організму виявило спеціалізовані гени транспортної РНК, пов'язані з кодонами TAA і TAG. Крім того, було виявлено велику кількість стоп-кодонів TGA після ділянок ДНК, що кодують білки, які можуть виконувати резервну функцію.
"Майже в усіх інших відомих нам випадках TAA і TAG змінюються одночасно. Коли вони не є стоп-кодонами, кожен із них кодує ту саму амінокислоту." Доктор Джеймі Макгоуен
Подальші дослідження виявили незвичні зміни генетичного коду в інших інфузорій. У грудні 2024 року в журналі PLOS Genetics було опубліковано дослідження, яке виявило три раніше некультивовані види інфузорій, де кодон UAG, зазвичай стоп-кодон, імовірно кодує лейцин. Ці інфузорії були знайдені у зразках, пов'язаних з Арктичним і Південним океанами. У інфузорій Hartmannula sinica і Trochilia petrani кодон UAG імовірно кодує глутамін.
Еволюційні порівняння свідчать, що такі зміни генетичного коду виникали незалежно щонайменше тричі. У березні 2026 року дослідники Інституту Ерлгема та Оксфордського університету проаналізували сім некультивованих клітин протистів групи Bodo. Вони визначили три раніше невідомі еволюційні лінії, пов'язані з різними видами бактерій усередині організму. Проте дослідження цих протистів не виявило змін генетичного коду, подібних до Oligohymenophorea sp. PL0344.
Значення дослідження
Дослідження незвичних генетичних кодів допомагають зрозуміти механізми еволюції і стабільність генетичних інструкцій у більшості живих організмів. Ці знання можуть бути корисними для синтетичної біології, зокрема для зміни генетичних кодів клітин і створення білків з незвичними властивостями.
Відкриття мікроорганізму Oligohymenophorea sp. PL0344 підкреслює важливість досліджень у сфері генетики та еволюції живих організмів. Виявлення змін у генетичному коді може змінити наше уявлення про еволюційні механізми і викликати нові запитання щодо стабільності генетичних інструкцій. Це також відкриває нові можливості для наукових досліджень у галузі синтетичної біології, що може призвести до розробки нових методів і технологій у біотехнології та медичних науках.
Цікаво, що подібні незвичні зміни в генетичному коді спостерігаються не тільки у микроскопічних організмах. Нещодавно дослідники виявили фрагменти людського гена BC200 у вірусі, що уражає шкіру людини. Це відкриття підкреслює складність еволюційних процесів та взаємодії між різними видами. Більш детально про це можна дізнатися в нашій статті про виявлення генетичних фрагментів у вірусах.