Kody genetyczne wyższego rzędu

Od lat 60-tych ubiegłego wieku wiadomo, że DNA koduje symboliczną informację konieczną do konstrukcji białek. Kodon lub triplet w łańcuchu DNA skada się z trzech nukleotydów. Geny odczytywane są poprzez owe kodony, gdzie każdy triplet koduje informację na temat danego aminokwasu. Jednak zdaniem naukowców z University of Utah sprawa jest znacznie bardziej skomplikowana. Wygląda na to, że istnieje kod genetyczny wyższego rzędu, który nadaje znaczenia pojedynczym kodonom. Serwis Phys.org wyjasnia:

Tak zwany centralny dogmat biologii molekularnej opisuje proces przemiany genetycznej informacji w białka, które są następnie używane przez komórki. "DNA tworzy RNA" - orzeka ten dogmat - "a RNA tworzy białka". Każde białko składa się z łańcucha aminokwasów i każdy aminokwas kodowany jest przez triplet, który w kodzie genetycznym utworzony jest przez trzy informacyjne jednostki DNA.

Biologowie z University of Utah w artykule opublikowanym w PNAS sugerują jednak, że na proces łączenia aminokwasów w rybosomie - komórkowej fabryki białek - może w istocie wpływać układ trzech kodonów - triplet złożony z trzech podstawowych tripletów, który dostarcza rybosomowi kluczowego kontekstu.

Naukowcy badali geny zaangażowane w budowę jednego z komponentów silnika protonowego bakterii Salmonella zwanego FlgM, kiedy zauważyli oni coś interesującego. Zmiana w kodonie sąsiadującym z uszkodzonym kodonem powodowała dziesięciokrotne zwiększenie aktywności białka FlgM. Zmiana w sąsiadującym z drugiej strony kodonie powodowała dwudziestokrotne zwiększenie aktywności tego samego białka. Natomiast jednoczesne zmiany w obudwu sąsiadujących kodonach powodowały 35-krotne zwiększenie aktywności białka FlgM. "Uświadomiliśmy sobie, że te dwa kodony, chociaż rozdzielone przez inny, środkowy kodon, komunikowały się ze sobą. Faktyczny kod może być tripletem tripletów" - stwierdzili badacze.

Naukowcy sugerują zatem, że musi istnieć kod wyższego rzędu, który reguluje zachowuje znanego kodu genetycznego niższego poziomu. Odkrycie to może wyjaśniać dlaczego tak trudno jest uzyskać, w procedurze zwanej heterologiczną ekspresją, ten sam wzorzec ekspresji jeśli wstawia się jakiś gen jednego organizmu w genom innego organizmu. Taki wstawiony gen interpretowany jest mianowicie w kontekście kodu innego organizmu.

Odkrycie to ma co najmniej trzy implikacje:

1. Istnieją nakładające się na siebie kody genetyczne
2. Musi istnieć mechanizm nadawania temu samemu łańcuchowi DNA różnych "znaczeń", w zależności od używanego kodu. Ergo: "dekoder" kodu genetycznego istnieje poza tym kodem.
3. Ewolucja białek poprzez przypadkowe zmiany w DNA wygląda coraz bardziej cienko.

 

Zacznijmy od ostatniego punktu. Badacze z University of Utah zauważają, że kod składajacy sie z tripletów innych tripletów znaczaco komplikuje zadanie dla doboru naturalnego. Istnieje 61 kodujących kodonów. Jeśli jakiś kodon zależy od swoich dwóch sąsiadów, a te z kolei od swoich zewnętrznych sąsiadów to presja selekcyjna na jeden kodon musi dotyczyć zespołu pięciu kodonów, co reprezentuje 61⁵ lub 844596301 możliwych kombinacji tychże kodonów.

 

Jeśli chodzi o punkty 1 i 2: badacze sugerują, że kodony komunikują sie ze sobą, nawet jeśli rozdzielone są na nici DNA innym kodonem. Łatwo to napisać, jednak teoria komunikacji zakłada, że aby komunikacja mogła mieć miejsce, musi istnieć nadajnik, odbiornik, kanał komunikacyjny i odpowiedni system kodowania. Co jest nadajnikiem i odbiornikiem w przypadku tych kodonów? Czy nadajnik i odbiornik stanowią część kodonu? Za pomocą jakich oddziaływań tworzy się kanał komunikacyjny? Chemicznych sygnałów? Mechanicznych impulsów? Oddziaływań elektromagnetycznych? I w jaki sposób zakodowane są informacje wymieniane pomiędzy kodonami? Dopiero gdy poznamy odpowiedzi na te pytania będzie można faktycznie stwierdzić jak kodony komunikują się ze sobą.