Slovník života má novou aktualizaci. Sekvence DNA, která signalizuje buňkám v téměř všech ostatních organismech, aby zastavily syntézu proteinů, místo toho kóduje vzácnou aminokyselinu v některých archaea, podle studie zveřejněno v Věda v listopadu.
Archaea jsou mikroby, které se tvarem a velikostí podobají bakteriím, ale jsou biologicky odlišné.
Bose Institute, Kalkata, docent biologických věd Abhrajyoti Ghosh označil studii za „první svého druhu“, řekl, že objev by mohl vědcům pomoci vytvořit proteiny s „funkčními výhodami, které byly dosud neznámé“. Dr. Ghosh studuje, jak archaea reagují na stres.
Závěry studie poskytují „další fantastický příklad toho, jak biologie skrývá tajemství, která pohánějí biotechnologické inovace,“ uvedla v prohlášení profesorka chemie a spoluautorka studie z University of California Berkeley Alanna Schepartz.
Čtení slovníku
Koncem 60. let vědci identifikovali soubor pravidel, která určují, jak sekvence DNA odpovídá pořadí, ve kterém jsou aminokyseliny umístěny v proteinech. Tato pravidla začala být nazývána genetickým kódem.
Srdcem tohoto kódu jsou čtyři báze obsahující dusík, které jsou součástí DNA: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T). Každá aminokyselina v proteinu odpovídá tříbázové sekvenci DNA – neboli tripletovému kodonu. Například kodon sestávající ze tří thyminů (TTT) odpovídá aminokyselině fenylalaninu, zatímco TTA kóduje leucin.
Genetický kód je slovník 64 takových kodonů. Z nich 61 „smyslných“ kodonů společně kóduje 20 běžných aminokyselin. Zbývající tři, nazývané ‚stop‘ kodony, neodpovídají žádné aminokyselině. Místo toho, když na ně narazí mechanismus tvorby proteinů, ukončí proteinový řetězec.
Výjimečná archaea
Tento kód je z větší části společný všem živým organismům. Výjimky jsou vzácné. Mezi některé pozoruhodné patří bakterie Mycoplasmakde je stop kodon TGA zakóduje aminokyselina tryptofan. U lidí stejný stop kodon kóduje vzácnou aminokyselinu selenocystein, která se používá v malém počtu proteinů. V několika proteinech v některých archaea, stop kodon TAG zdvojnásobí jako kód pro další vzácnou aminokyselinu, pyrrolysin (Pyl).
Dokonce i v archaea, kde je známo, že TAG někdy kóduje Pyl, vědci donedávna věřili, že tyto organismy obvykle „používají TAG jako stop kodon, s výjimkou velmi malého počtu enzymů, ve kterých se Pyl vyskytuje“, autoři studie. Věda studie napsala ve svém příspěvku.
To se nyní má změnit. Ve své studii autoři uvedli určité archaea, kde byl kodon TAG zcela přeměněn. Tyto organismy čtou kodon TAG jako signál pro Pyl ne příležitostně, ale vždy: tj. pokaždé, když je v DNA organismů kodon TAG, začlení Pyl do proteinového řetězce.
Toto „celogenomové začlenění Pyl do kodonů TAG“ vedlo tým k návrhu „existence dříve nerozpoznaného genetického kódu,“ napsali autoři. Tým nazval ‚Pyl kód‘ a má 62 smyslových kodonů místo obvyklých 61. A kódují 21 aminokyselin místo konvenčních 20.
Předvídání proteinů
Autoři použili výpočetní metody k identifikaci devíti druhů archaea, kde se zdálo, že kodon TAG byl zcela přeměněn na kódování Pyl. Z nich vybrali pro experimenty dvě archaea. Jedna z nich byla Methanococcoides burtoniikterý roste v extrémně nízkých teplotách antarktických jezer. Druhý byl Metanomethylophilus alvinalezený v lidském střevě.
Z těchto archaea výzkumníci extrahovali proteiny, fragmentovali je a použili techniku zvanou hmotnostní spektrometrie k identifikaci základních aminokyselin. Zjistili, že 54 proteinů, „u kterých se dříve neprokázalo, že obsahují Pyl,“ napsali. Proteiny, které identifikovali, hrají v těchto organismech různé role, včetně replikace DNA a produkce energie. To vedlo autory k závěru, že „M. burtonii a M. alvi archaea přijaly nestandardní genetický kód s 62 smyslovými kodony kódujícími 21 aminokyselin a pouze dva stop kodony“.
Zjištění může vyžadovat, aby vědci přehodnotili, jak předpovídají proteinové sekvence pro tyto organismy. Typicky předpovídání proteinu kódovaného genem vyžaduje, aby výzkumníci četli kodony pomocí standardního genetického kódu. Ale nyní musí vědci použít Pyl kód, „interpretovat všechny TAG kodony jako kódující Pyl pro správnou předpověď proteinu,“ argumentovali autoři.
Bakterie jako továrny
Potenciální aplikace studie zahrnovat bioinženýrstvíkde vědci mohou manipulovat s bakteriemi a vyrábět užitečné materiály. Výsledky studie by mohly pomoci výzkumníkům „začlenit Pyl do proteinů na požadovaných pozicích,“ řekl Tanweer Hussain, docent vývojové biologie a genetiky na Indian Institute of Science v Bengaluru. Dr. Hussain studuje, jak organismy vytvářejí bílkoviny ze svých plánů DNA.
Jeho nadšení může být opodstatněné. Ve své studii vědci z Berkeley geneticky modifikovali Escherichia coliběžná bakterie k expresi archaálního buněčného aparátu potřebného ke čtení Pyl kódu a začlenění Pyl do proteinů. Také zkonstruovali bakterii tak, aby exprimovala protein, jehož sekvence měla uprostřed kodon TAG. Pokud by toto nastavení fungovalo, bakterie by přečetly tento TAG kodon jako Pyl-kódující, přidaly by Pyl na toto místo a produkovaly kompletní protein. Jinak by kodon TAG signalizoval „stop“ a bakterie by produkovaly kratší protein.
Extrakty z těchto bakterií potvrdily, že produkovaly kompletní protein. To znamená: mohli skutečně použít archaální stroj k výrobě proteinů obsahujících Pyl.
Objev Pylova kódu vědce nadchl. Dr. Hussain i Dr. Ghosh se chtějí dozvědět více o úloze Pyl v proteinech.
„Dává začlenění Pyl archaea fitness výhodu v jejich přirozeném prostředí?“ zeptal se doktor Ghosh.
Předpokládal, že budoucí výzkum by mohl brzy nabídnout odpověď.
Sayantan Datta je členem fakulty na Krea University a nezávislým vědeckým novinářem.
Publikováno – 5. ledna 2026 05:30 IST
