Yaşam Daha Uzun Bir Genetik Kod Kullanabilir mi? Olabilir ama pek olası değil

çılgınca çeşitli Amazon’da bir geyiği avlayan bir jaguar, Kongo’da bir ağacın etrafında dönen bir orkide asması, Kanada’da kaynayan kaplıcalarda büyüyen ilkel hücreler ya da Wall Street’te kahve yudumlayan bir borsacı olsun, Dünya’daki yaşam olduğu gibi. genetik düzeyde, hepsi aynı kurallara göre oynuyor. Dört kimyasal harf veya nükleotid baz, her biri 20 amino asitten birini temsil eden kodon adı verilen 64 üç harfli “kelime”yi heceler. Amino asitler bu kodlanmış talimatlara uygun olarak dizildiğinde, her türün karakteristik proteinlerini oluştururlar. Sadece birkaç belirsiz istisna dışında, tüm genomlar bilgiyi aynı şekilde kodlar.

Yine de yayınlanan yeni bir çalışmada geçen ay e-hayatMassachusetts Teknoloji Enstitüsü ve Yale Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, eski zamanlardan beri geçerli olan bu kurallardan birini değiştirmenin ve daha uzun kodon kelimeleri etrafında inşa edilmiş daha kapsamlı, tamamen yeni bir genetik kod oluşturmanın mümkün olduğunu gösterdi. Prensip olarak, keşifleri, genetik kodu, sentetik biyologların doğada hiçbir yerde bulunmayan proteinleri üreten yeni biyokimyalara sahip hücreler oluşturmak için kullanabilecekleri daha çok yönlü bir sisteme genişletmenin birkaç yolundan birine işaret ediyor. Ancak çalışma aynı zamanda genişletilmiş bir genetik kodun kendi karmaşıklığı tarafından engellendiğini, daha az verimli hale geldiğini ve hatta bazı yönlerden şaşırtıcı bir şekilde daha az yetenekli hale geldiğini gösterdi – yaşamın ilk etapta neden daha uzun kodonları tercih etmemiş olabileceğine dair ipuçları veren sınırlamalar.

Bu bulguların, evrenin başka yerlerindeki yaşamın nasıl kodlanabileceği konusunda ne anlama geldiği belirsizdir, ancak bu, kendi genetik kodumuzun ne çok karmaşık ne de çok kısıtlayıcı değil, tam olarak doğru olacak şekilde evrimleştiğini ve ardından milyarlarca yıl boyunca yaşamı şu şekilde yönettiğini ima eder. Francis Crick’in “donmuş kaza” dediği şey. Yazarlar, Nature’ın bu Goldilocks kodunu seçtiğini, çünkü diğer kodların ulaşılamaz olduğu için değil, amaçları için basit ve yeterli olduğunu söylüyor.

Örneğin, dört harfli (dörtlü) kodonlarla, yaşam için avantajlı görünebilecek sadece 64 değil, 256 benzersiz olasılık vardır, çünkü bu, 20’den fazla amino asidi ve astronomik olarak daha çeşitli bir protein dizisini kodlamak için fırsatlar yaratacaktır. Önceki sentetik biyoloji çalışmalarıve hatta doğadaki bu nadir istisnalardan bazıları, genetik kodu birkaç dörtlü kodonla artırmanın bazen mümkün olduğunu gösterdi, ancak şimdiye kadar hiç kimse, normal ile nasıl karşılaştırıldığını görmek için tamamen dörtlü bir genetik sistem yaratmayı ele almadı. üçlü kodon bir.

Proje sırasında MIT’de doktora öğrencisi olan ve şu anda Washington Üniversitesi’nde doktora sonrası çalışan yeni makalenin baş yazarı Erika Alden DeBenedictis, “Bu, bu soruyu oldukça samimi bir şekilde soran bir çalışmaydı” dedi.

Doğayı Genişletmek

Dörtlü kodonlu bir genetik kodu test etmek için DeBenedictis ve meslektaşları, yaşamın en temel biyokimyasını değiştirmek zorunda kaldılar. Bir hücre protein ürettiğinde, onun genetik bilgisinin parçacıkları önce haberci RNA (mRNA) moleküllerine kopyalanır. Ribozom adı verilen organeller daha sonra bu mRNA’lardaki kodonları okur ve bunları, her biri kuyruğunda benzersiz bir şekilde belirlenmiş bir amino asit taşıyan transfer RNA (tRNA) moleküllerindeki tamamlayıcı “anti-kodonlar” ile eşleştirir. Ribozomlar, amino asitleri, sonunda fonksiyonel bir proteine ​​dönüşen büyüyen bir zincire bağlar. İşleri tamamlandıktan ve protein çevrildikten sonra, mRNA’lar geri dönüşüm için bozulur ve harcanan tRNA’lar sentetaz enzimleri tarafından amino asitlerle yeniden yüklenir.

Araştırmacılar, tRNA’ları Escherichia koli bakterilerin dördüz anti-kodonları vardır. genlerine maruz kaldıktan sonra E. koli çeşitli mutasyonlara karşı, hücrelerin bir dörtlü kodu başarılı bir şekilde çevirebilip çeviremeyeceğini ve böyle bir çevirinin toksik etkilere veya zindelik kusurlarına neden olup olmayacağını test ettiler. DeBenedictis, modifiye edilmiş tüm tRNA’ların dörtlü kodonlara bağlanabileceğini buldular, bu da “bu daha büyük kodon boyutuyla çeviri yapmanın biyofiziksel olarak yanlış bir şey olmadığını” gösterdi.

Ama aynı zamanda sentetazların 20 dördüz antikodondan sadece dokuzunu tanıdığını, bu yüzden geri kalanını yeni amino asitlerle yeniden yükleyemediklerini de buldular. DeBenedictis, bir dördüz kodonla bir dereceye kadar çevrilebilen dokuz amino aside sahip olmanın “hem çok hem de az” olduğunu söyledi. “Doğanın asla çalışması gerekmeyen bir şey için çok fazla amino asit var.” Ama bu biraz, çünkü 11 temel amino asidi tercüme edememek, hayatın oynamak zorunda olduğu kimyasal kelime dağarcığını kesinlikle sınırlandırıyor.