Кодон в двух лицах
Группа российских учёных, работающих в США, опровергли догму об уникальности генетического кода, господствовавшую в науке около полувека. Руководитель группы Вадим Гладышев рассказал нам, что означает это открытие, и почему сделать его в России было бы очень трудно.
Большинство определений жизни так или иначе сводится к упоминанию основных биологических полимеров — нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и образующихся на их матрице белков. Двухступенчатый процесс синтеза белка лежит в основе всех жизненных функций: сначала по образу и подобию ДНК синтезируется матричная РНК (мРНК), а затем её последовательность «считывается» рибосомой, и в синтезирующейся белковой молекуле каждому «кодону» — тройке нуклеотидов в цепочке мРНК ставится в соответствие одна аминокислота в белковой цепочке. Некоторые кодоны выступают в роли «знаков препинания», указывая, где необходимо начать считывание кода белка, а где закончить.
Залог надежности всей системы — неотступное следование правилам генетического кода. Эти правила одинаковы для всех живых организмов, будь то растения, грибы, бактерии или даже млекопитающие, некоторые из которых мнят себя наиболее сложно устроенными созданиями.
Данная догма сохраняется в биологии уже почти полвека. Но как водится, из всех правил есть исключения. Их и обнаружили Вадим Гладышев, Антон Туранов, Алексей Лобанов и Дмитрий Фоменко из Университета американского штата Небраска в Линкольне.
Работающие в США российские учёные и их коллеги показали, что тройка ТГА в цепи матричной РНК, может кодировать 2 аминокислоты, и разобрались, как организм определяет, каким переводом с языка триплетов мРНК на язык аминокислот белка воспользоваться в каждом конкретном случае. Соответствующая статья опубликована в последнем номере Science.
О результатах работы своей лаборатории и о перспективах развития науки в России профессор Гладышев рассказал читателям «Газеты.Ru»
Здравствуйте, Вадим. Результаты Вашей работы наверняка станут тем самым «исключением», сноска с описанием которого будет присутствовать во всех будущих учебниках по биологии — в главе, посвящённой генетическому коду. Как вы можете описать свое открытие?
Основная догма генетического кода, с того момента, как он был открыт в 1963-м году Харгобиндом Харано и Маршаллом Ниренебергом, — в том, что один кодон всегда кодирует одну аминокислоту. Зная последовательность нуклеотидов в матричной РНК, мы всегда можем выстроить последовательность аминокислот в белке. От организма к организму код может незначительно меняться, но не может измениться то, что каждый триплет нуклеотидов кодирует только одну аминокислоту. В противном случае возникнет хаос, и каждая последующая молекула белка будет отличаться от предыдущей.
Нам же удалось показать, что один и тот же кодон, а конкретнее — ТГА, может «считываться» двояко, причем «выбор» между аминокислотами осуществляется не случайно.
Вы уже придумали название для этого феномена?
Не знаю, насколько в этом есть необходимость. Это можно описать известными терминами.
Залог успеха ключевых работ в генетике — выбор «подопытного» организма. У Менделя был горох, у Моргана — плодовые мушки. Любимцы последних десятилетий — Arabidhopsis thaliana и Caenorabditis elegans. Кого выбрали вы?
Мы прочитали, что существует одноклеточный организм Euplotes crassus, достаточно большой, чтобы его можно было увидеть даже без микроскопа. Этот «хищник» питается одноклеточными водорослями, достигая в диаметре 0,1 мм. Выбор был не случаен: кодон ТГА, у большинства эукариот являющийся «стоп-кодоном», останавливающим процесс считывания мРНК, в случае E. crassus кодирует аминокислоту цистеин.
Контрастная интерференционная микрофотография группы микроорганизмов Euplotes crassus // L. Klobutcher
Как это связано с основной тематикой вашей лаборатории?
В нашей лаборатории мы изучаем одну редко встречающуюся аминокислоту — селеноцистеин. Несмотря на то, что она, судя по всему, в ходе эволюции возникла после 20 остальных, есть она и в археях, и в бактериях, и в эукариотах. Мы изучаем белки, которые содержат эту аминокислоту у млекопитающих — в том числе у человека, у которого её кодирует уже упомянутый триплет ТГА.
Тогда и возник вопрос: а в Euplotes селеноцистеин используется или нет? И если используется, какой тогда кодон может быть, если ТГА уже «занят» другой аминокислотой?
Без проблем не обошлось: оказалось, что этот организм мало кто использует, всего лишь около пяти лабораторий в мире. Так Лоуренс Клобутчер из Университета штата Коннектикут стал нашим соавтором — он присылал образцы, а мы искали в них селенсодержащие белки. Оказалось, что они там есть.
