Европейские ученые обнаружили дрожжи, клетки которых считывают ДНК «не по правилам», случайным образом, — и выработали методы борьбы с этими нарушениями.
ДНК называют «инструкцией» для живой клетки, «матрицей» для синтеза ее главных инструментов — белков. Ее цепочка состоит из сочетания четырех видов звеньев, нуклеотидов аденина (А), тимина (Т), цитозина (Ц) и гуанина (Г). Группа из трех звеньев (кодон) строго соответствует определенной аминокислоте в цепочке будущего белка: например, ГГА означает глицин, а ЦТГ — лейцин. Этот «алфавит» универсален и одинаков для всех живых организмов, за одним примечательным исключением, о котором рассказывается в статье, опубликованной в журнале Current Biology.
Исследуя клетки дрожжевых грибков, Мартин Коллмар (Martin Kollmar) и его коллеги из Германии и Великобритании обнаружили у некоторых уникальную особенность: кодон ЦТГ у них кодирует не лейцин, а серин. Более того, штаммы одного из видов дрожжей, Ascoidea asiatica, интерпретируют ЦТГ и вовсе случайным образом, считывая его то как лейцин, то как серин — примерно 50 на 50. Ничего подобного ни у одного другого организма до сих пор не наблюдалось.
Чтобы выяснить, как такое возможно, авторы обратились к молекулам транспортной РНК (тРНК), которые выступают ключевыми «переводчиками» матрицы ДНК в последовательность аминокислот. Головки разных молекул тРНК связываются с разными кодонами, неся на хвостах соответствующие аминокислоты. Как оказалось, у Ascoidea asiatica — сразу две популяции ЦТГ-связывающих тРНК, одна из которых транслирует эту последовательность в лейцин, другая — в серин.
Судя по всему, этот результат мутации вреден и даже опасен для клеток. Серин и лейцин — аминокислоты с существенно разными свойствами, достаточно сказать, что первая из них гидрофобна, а вторая — гидрофильна. Поэтому замена одной на другую в структуре белка может привести к нарушению его работы. Недаром ученые выяснили, что геном Ascoidea asiatica подстроился под этот недостаток: ГТЦ-кодон в нем используется крайне редко и практически никогда, если речь идет о важных функциональных участках будущих белков.
По оценке ученых, эта особенность случайного перекодирования возникла у дрожжей исключительно давно, около 100 миллионов лет назад. Впоследствии представители некоторых видов сумели избавиться от «лишней» популяции тРНК, ограничив использование ГТЦ-кодона одной аминокислотой, и лишь Ascoidea asiatica сохранили в этом вопросе элемент случайности. Остается выяснить, для чего им это нужно.