Unde ar putea fi ascunse indicii despre originea codului genetic?

Indiciile despre originea codului genetic ar putea fi ascunse în mici fragmente de proteine, dezvăluind o cale sincronizată și extrem de structurată către primele sisteme moleculare ale vieții.

Genele funcționează ca un manual de instrucțiuni pentru viață, stocând informația care permite celulelor să construiască, să repare și să se reproducă. Cu toate acestea, oamenii de știință încă se străduiesc să explice cum a apărut inițial acest sistem.

• Un nou studiu arată în ce anotimp sunt bărbații cel mai fertili
• Test de cultură generală. Care parte a corpului uman nu are niciun scop biologic?

Un nou studiu de la Universitatea Illinois Urbana-Champaign adoptă o abordare diferită, sugerând că răspunsul s-ar putea ascunde nu în ADN-ul propriu-zis, ci în cele mai simple unități constructive ale proteinelor.

„Am descoperit că originea codului genetic este legată în mod misterios de compoziția dipeptidică a unui proteom, ansamblul de proteine dintr-un organism”, a declarat autorul corespondent Gustavo Caetano-Anollés, profesor în cadrul Departamentului de Științe ale Culturilor și al Institutului Carl R. Woese pentru Biologie Genomică.

Caetano-Anollés este specialist în filogenomică, studiul modului în care genomurile evoluează și se raportează unele la altele. Echipa sa a creat anterior hărți evolutive ale domeniilor proteice (unități structurale ale proteinelor) și ale ARN-ului de transfer (ARNt), care transportă aminoacizii către ribozomi în timpul producției de proteine, scrie SciTechdaily.

În acest studiu, cercetătorii s-au concentrat pe dipeptide, unități simple formate din doi aminoacizi legați printr-o legătură peptidică. Analiza lor a arătat că modelele evolutive ale domeniilor proteice, ale ARNt-ului și ale dipeptidelor se aliniază strâns, sugerând o istorie comună.

Construirea unei cronologii evolutive

Viața pe Pământ a început acum aproximativ 3,8 miliarde de ani, dar codul genetic a apărut probabil cu circa 800 de milioane de ani mai târziu. Oamenii de știință încă dezbat cum a avut loc această tranziție. Unii propun că enzimele bazate pe ARN au fost primele, în timp ce alții susțin că proteinele au impulsionat inițial activitatea biologică timpurie. Caetano-Anollés și colegii săi susțin perspectiva în care proteinele au fost primele.

Potrivit lui Caetano-Anollés, viața depinde de două sisteme strâns legate. Codul genetic stochează informația în acizii nucleici (ADN și ARN), în timp ce codul proteic determină modul în care moleculele îndeplinesc funcțiile celulare. Enzimele numite aminoacil-ARNt sintetaze sunt responsabile pentru atașarea aminoacizilor corecți la moleculele de ARNt, menținând precizia în timpul producției de proteine și păstrând integritatea codului genetic.

Cercetătorii sugerează că proteomul poate deține indicii importante despre etapele timpurii ale dezvoltării codului genetic. Dipeptidele par să fi fost deosebit de importante ca blocuri structurale timpurii. Există 400 de combinații posibile de dipeptide, iar frecvența lor variază de la un organism la altul.

Echipa a analizat 4,3 miliarde de secvențe de dipeptide din 1.561 de proteomuri aparținând celor trei domenii principale ale vieții: Archaea, Bacteria și Eukarya. Ei au folosit aceste date pentru a construi o cronologie evolutivă a dipeptidelor.

O descoperire remarcabilă

Cercetătorii au demonstrat deja că sintetazele și ARNt au evoluat împreună pe măsură ce aminoacizii au fost încorporați în codul genetic. Adăugând dipeptidele în analiză, au testat dacă acest model se menține la un alt nivel de organizare biologică.

„Am constatat că rezultatele sunt congruente”, a explicat Caetano-Anollés. „În acest caz, am examinat trei surse de informații: domeniile proteice, ARNt-urile și secvențele de dipeptide. Toate trei dezvăluie aceeași progresie a aminoacizilor adăugați la codul genetic într-o ordine specifică.”

Studiul a identificat, de asemenea, o simetrie izbitoare în perechile de dipeptide. Fiecare dipeptidă constă din doi aminoacizi, cum ar fi alanină-leucină (AL), în timp ce omologul său, numit anti-dipeptidă, inversează ordinea: leucină-alanină (LA).

„Am găsit ceva remarcabil: majoritatea perechilor dipeptidă și anti-dipeptidă au apărut foarte aproape una de cealaltă pe cronologia evolutivă. Această sincronizare a fost neașteptată. Ea sugerează că dipeptidele apăreau codificate în catene complementare de genomuri de acid nucleic, probabil ARNt-uri minimaliste care interacționau cu enzime primordiale.”

Înțelegerea modului în care a evoluat codul genetic oferă perspective asupra originilor vieții și sprijină progresele în domenii precum biologia sintetică, cercetarea biomedicală și ingineria genetică.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Originea codului genetic pentru toate formele de viață de pe Pământ, pusă la îndoială de un nou studiu

Un algoritm nou este capabil să genereze codul genetic uman

Codul genetic al cârtiţelor golaşe ar putea deţine secretul pentru înlocuirea opioidelor

Pentru prima dată, cercetătorii au transferat un comportament de la o specie la alta prin editarea genetică