Το γονιδίωμα ενός πρωτίστου αποκάλυψε μια φαινομενικά μοναδική απόκλιση στον κώδικα DNA που σηματοδοτεί το τέλος ενός γονιδίου, υποδηλώνοντας την ανάγκη περαιτέρω έρευνας για την καλύτερη κατανόηση αυτής της ομάδας διαφορετικών οργανισμών.
Ο Δρ Jamie McGowan, μεταδιδακτορικός επιστήμονας στο Ινστιτούτο Earlham, ανέλυσε την αλληλουχία του γονιδιώματος ενός μικροσκοπικού οργανισμού – ενός πρωτίστου – που απομονώθηκε από μια λίμνη γλυκού νερού στο πάρκο του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης.
Η εργασία είχε ως στόχο να δοκιμαστεί μια μέθοδος αλληλούχησης DNA για να λειτουργεί με πολύ μικρές ποσότητες DNA, όπως το DNA από ένα μόνο κύτταρο. Ο Δρ McGowan συνεργαζόταν με μια ομάδα επιστημόνων στο Ινστιτούτο Earlham και με την ομάδα του καθηγητή Thomas Richards στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.
Αλλά, όταν οι ερευνητές εξέτασαν τον γενετικό κώδικα, το πρωτόζωο Oligohymenophorea sp. PL0344 αποδείχθηκε ότι ήταν ένα νέο είδος με μια απίθανη αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο το DNA του μεταφράζεται σε πρωτεΐνες.
Ο Δρ: “Είναι καθαρή τύχη που επιλέξαμε αυτό το πρωτόζωο για να δοκιμάσουμε τον αγωγό αλληλούχησής μας και δείχνει τι υπάρχει εκεί έξω, υπογραμμίζοντας πόσο λίγα γνωρίζουμε για τη γενετική των πρωτίστων”.
Είναι δύσκολο να κάνει κανείς δηλώσεις για τα πρωτόζωα ως ομάδα. Οι περισσότεροι είναι μικροσκοπικοί, μονοκύτταροι οργανισμοί όπως οι αμοιβάδες, τα φύκη και τα διάτομα, αλλά υπάρχουν και μεγαλύτερα πολυκύτταρα πρωτόζωα – όπως τα φύκια, οι γλοιώδεις μούχλες και τα κόκκινα φύκη.
“Ο ορισμός του πρωτόζωου είναι χαλαρός – ουσιαστικά είναι κάθε ευκαρυωτικός οργανισμός που δεν είναι ζώο, φυτό ή μύκητας”, δήλωσε ο Δρ ΜακΓκάουαν. “Αυτό είναι προφανώς πολύ γενικό, και αυτό γιατί τα πρωτόζωα είναι μια εξαιρετικά μεταβλητή ομάδα.
“Ορισμένα είναι πιο στενά συνδεδεμένα με τα ζώα, άλλα πιο στενά με τα φυτά. Υπάρχουν κυνηγοί και θηράματα, παράσιτα και ξενιστές, κολυμβητές και καθήμενοι, και υπάρχουν εκείνα με ποικίλη διατροφή, ενώ άλλα φωτοσυνθέτουν. Βασικά, μπορούμε να κάνουμε πολύ λίγες γενικεύσεις”.
Το Oligohymenophorea sp. PL0344 είναι ένα ακτινόζωο. Αυτά τα κολυμβητικά πρωτόζωα μπορούν να παρατηρηθούν με μικροσκόπιο και βρίσκονται σχεδόν οπουδήποτε υπάρχει νερό.
Τα ακτινόζωα αποτελούν εστίες αλλαγών του γενετικού κώδικα, συμπεριλαμβανομένης του επαναπροσδιορισμού ενός ή περισσότερων κωδικονίων λήξης – των κωδικονίων TAA, TAG και TGA. Σχεδόν σε όλους τους οργανισμούς, αυτά τα τρία κωδικόνια στάσης χρησιμοποιούνται για να σηματοδοτήσουν το τέλος ενός γονιδίου.
Οι μεταβολές του γενετικού κώδικα είναι εξαιρετικά σπάνιες. Μεταξύ των λίγων παραλλαγών του γενετικού κώδικα που έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα, τα κωδικόνια TAA και TAG έχουν σχεδόν πάντα την ίδια μετάφρασh, δηλαδή της λήξης, γεγονός που υποδηλώνει ότι η εξέλιξή τους είναι συνδεδεμένη.
“Σχεδόν σε κάθε άλλη περίπτωση που γνωρίζουμε, το ΤΑΑ και το TAG αλλάζουν παράλληλα”, εξήγησε ο δρ ΜακΓκάουαν. “Όταν δεν είναι κωδικόνια λήξης, καθένα από αυτά προσδιορίζει το ίδιο αμινοξύ”.
Το DNA είναι σαν το σχέδιο ενός κτιρίου. Δεν κάνει τίποτα από μόνο του – παρέχει οδηγίες για την εργασία που πρέπει να γίνει. Προκειμένου ένα γονίδιο να έχει αντίκτυπο, το προσχέδιο πρέπει να “διαβαστεί” και στη συνέχεια να ενσωματωθεί σε ένα μόριο που έχει φυσικό αποτέλεσμα.
Για να διαβαστεί το DNA, πρώτα μεταγράφεται σε ένα αντίγραφο RNA. Αυτό το αντίγραφο μεταφέρεται σε μια άλλη περιοχή του κυττάρου όπου μεταφράζεται σε αμινοξέα, τα οποία συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ένα τρισδιάστατο μόριο. Η διαδικασία της μετάφρασης ξεκινά από το κωδικόνιο έναρξης του DNA (ATG) και ολοκληρώνεται σε ένα κωδικόνιο λήξης (συνήθως TAA, TAG ή TGA).
Στο Oligohymenophorea sp. PL0344, μόνο το TGA λειτουργεί ως κωδικόνιο λήξης – αν και ο Δρ McGowan διαπίστωσε ότι υπάρχουν περισσότερα κωδικόνια TGA από το αναμενόμενο στο DNA του πρωτοζώου, που πιστεύεται ότι αντισταθμίζουν την απώλεια των άλλων δύο. Αντίθετα, το TAA καθορίζει τη λυσίνη και το TAG καθορίζει το γλουταμινικό οξύ.
“Αυτό είναι εξαιρετικά ασυνήθιστο”, δήλωσε ο δρ ΜακΓκάουαν. “Δεν γνωρίζουμε καμία άλλη περίπτωση όπου αυτά τα κωδικόνια στάσης συνδέονται με δύο διαφορετικά αμινοξέα. Σπάει ορισμένους από τους κανόνες που νομίζαμε ότι γνωρίζαμε για τη γονιδιακή μετάφραση – αυτά τα δύο κωδικόνια θεωρούσαμε ότι ήταν συνδεδεμένα.
“Οι επιστήμονες προσπαθούν να κατασκευάσουν νέους γενετικούς κώδικες – αλλά υπάρχουν και στη φύση. Υπάρχουν συναρπαστικά πράγματα που μπορούμε να βρούμε, αν τα αναζητήσουμε.
“Ή, σε αυτή την περίπτωση, όταν δεν τα ψάχνουμε”.
Η έρευνα αυτή χρηματοδοτήθηκε από το Wellcome Trust στο πλαίσιο του Darwin Tree of Life Project και υποστηρίχθηκε από τη βασική χρηματοδότηση του Earlham Institute από το Συμβούλιο Έρευνας Βιοτεχνολογίας και Βιολογικών Επιστημών (BBSRC), μέρος του UKRI.
Το άρθρο “Identification of a Non-Canonical Ciliate Nuclear Genetic Code Where UAA and UAG Code for Different Amino Acids” δημοσιεύεται στο PLoS Genetics: https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1010913.