Возглавляемый исследователем ICREA Lluis Ribas de Pouplana в Институте Исследования в Биомедицине (IRB Барселона) и в сотрудничестве с Фёдором А. Кондрашовым, в Центре Геномного Регулирования (CRG) и Модесто Ороско, из Барселоны IRB, команды ученых продемонстрировал, что генетический код развился, чтобы включать максимум 20 аминокислот и что это было неспособно вырасти далее из-за функционального ограничения РНК передачи – молекулы, которые служат переводчиками между языком генов и тем из белков. Эта остановка в увеличении сложности жизни произошла больше чем 3 000 миллионов лет назад, перед отдельной эволюцией бактерий, эукариотов и архебактерий, поскольку все организмы используют тот же самый кодекс, чтобы произвести белки из генетической информации.Авторы исследования объясняют, что оборудование, которое переводит гены на белки, неспособно признать больше чем 20 аминокислот, потому что это смутило бы их, которые приведут к постоянным мутациям в белках и таким образом ошибочном переводе генетической информации «с катастрофическими последствиями», в словах Рибаса. «Синтез белка на основе генетического кода – решающая особенность биологических систем, и крайне важно гарантировать верный перевод информации», говорит исследователь.Ограничение наложено формой
Насыщенность генетического кода возникает в РНК передачи (тРНК), молекулы, ответственные за признание генетической информации и перевозку соответствующей аминокислоты к рибосоме, место, где цепь аминокислот превращена в белки после информации, закодированной в данном гене. Однако впадина рибосомы, в которую тРНК должны соответствовать средствам, что эти молекулы должны принять L-форму, и есть очень мало возможности изменения между ними. «Это было бы к выгоде системы, чтобы сделать новые аминокислоты, потому что на самом деле мы используем больше, чем эти 20 аминокислот, которые мы имеем, но дополнительные включены через очень сложные пути, которые не связаны с генетическим кодом.
И там прибыл пункт, когда Природа была неспособна создать новые тРНК, которые уже отличались достаточно от доступных, не вызывая проблему с идентификацией правильной аминокислоты. И это произошло, когда 20 аминокислот были достигнуты», объясняет Рибас.Применение в синтетической биологииОдна из целей синтетической биологии состоит в том, чтобы увеличить генетический код и изменить его, чтобы построить белки с различными аминокислотами, чтобы достигнуть новых функций.
С этой целью исследователи используют организмы, такие как бактерии в условиях, которыми высоко управляют, сделать белки данных особенностей. «Но это действительно трудно сделать, и наша работа демонстрирует, что конфликт определяет между синтетическими тРНК, разработанными в лаборатории, и существующие тРНК должен избежаться, если мы должны достигнуть более эффективных биотехнологических систем», завершает исследователь.