De toevallige ontdekking die de genetica doet schudden

Onderzoekers hebben een onverwachte genetische variatie ontdekt in een nieuwe soort protisten, waardoor het gevestigde begrip van DNA-naar-eiwit-translatie ter discussie wordt gesteld en de mysteries die de natuur nog steeds in zich draagt, worden onderstreept.

Wetenschappers die een nieuwe methode voor het sequencen van afzonderlijke cellen testen, hebben ons begrip van de regels van de genetica onverwacht veranderd.

Het protistengenoom onthulde een schijnbaar unieke variatie in… DNA Een symbool geeft het einde van een gen aan, wat aangeeft dat er meer onderzoek nodig is om deze diverse groep organismen beter te begrijpen.

Dr. Jamie McGowan, een postdoctoraal wetenschapper aan het Earlham Institute, analyseerde de genoomsequentie van een micro-organisme – een protist – geïsoleerd uit een zoetwatervijver in Oxford University Parks.

Het doel van dit werk was het testen van een DNA-sequencing-pijplijn om met zeer kleine hoeveelheden DNA te werken, zoals DNA uit een enkele cel. Dr. McGowan heeft samengewerkt met een team van wetenschappers aan het Earlham Institute en met de groep van professor Thomas Richards aan het Earlham Institute. Oxford universiteit.

Onverwachte genetische bevindingen bij protisten

Toen onderzoekers echter naar de genetische code keken, ontstonden de protisten Hymenoforie sp. PL0344 bleek nieuw te zijn Classificeren Met een onverwachte verandering in de manier waarop het DNA wordt vertaald in eiwitten.

“Het is een geluk dat we deze protisten hebben gekozen om onze sequentielijn te testen, het laat zien wat er allemaal is en benadrukt hoe weinig we weten over de genetica van protisten”, zei dr. McGowan.

Het is moeilijk om uitspraken te doen over protisten als groep. De meeste zijn eencellige microscopische organismen zoals amoeben, algen en diatomeeën, maar er zijn grotere meercellige protisten – zoals kelp, slijmzwammen en rode algen.

“De definitie van protist is los – het is eigenlijk elk eukaryotisch organisme dat geen dier, plant of schimmel is,” zei dr. McGowan. “Dit is uiteraard heel algemeen, omdat protisten een zeer variabele groep zijn.

“Sommige zijn nauw verwant aan dieren, andere zijn nauw verwant aan planten. Er zijn jagers en prooien, parasieten en gastheren, zwemmers en sitters, en er zijn mensen die een gevarieerd dieet volgen, terwijl anderen fotosynthetiseren. In principe kunnen we er maar heel weinig maken generalisaties.”

Ciliaire bedrijven en genetische codeveranderingen

Hymenoforie sp. PL0344 zijn cilia. Deze zwemmende protisten zijn met een microscoop te zien en zijn bijna overal waar water is te vinden.

Cilia zijn hotspots voor veranderingen in de genetische code, waaronder het opnieuw toewijzen van een of meer stopcodons: de codons TAA, TAG en TGA. In vrijwel alle organismen worden deze drie stopcodons gebruikt om het einde van een gen aan te geven.

Variaties in de genetische code zijn uiterst zeldzaam. Van de weinige genetische codevarianten die tot nu toe zijn gerapporteerd, hebben de TAA- en TAG-codons altijd dezelfde vertaling, wat suggereert dat hun evolutie gekoppeld is.

“Bij bijna elke andere aandoening die we kennen, veranderen de TAA en de TAG tegelijkertijd,” legde Dr. McGowan uit. “Als het geen stopcodons zijn, specificeren ze elk hetzelfde aminozuur zuur“.

Afwijkingen in de DNA-translatie

DNA is als een blauwdruk van een gebouw. Het doet op zichzelf niets, maar geeft eerder instructies voor het uit te voeren werk. Wil een gen effect hebben, dan moet de blauwdruk worden ‘gelezen’ en vervolgens worden opgenomen in een molecuul dat een fysiek effect heeft.

Om DNA uit te kunnen lezen, wordt het eerst in een bestand gekopieerd RNA Kopiëren. Deze kopie wordt verplaatst naar een ander gebied van de cel waar deze wordt vertaald AminozurenDie worden gecombineerd om een ​​driedimensionaal molecuul te vormen. Het vertaalproces begint bij het DNA-startcodon (ATG) en eindigt bij het stopcodon (meestal TAA, TAG of TGA).

in Hymenoforie sp. PL0344, TGA fungeert alleen als een stopcodon – hoewel Dr. McGowan ontdekte dat er meer TGA-codons zijn dan verwacht in cilia-DNA, waarvan wordt aangenomen dat ze het verlies van de andere twee compenseren. In plaats daarvan specificeert TAA lysine en TAG specificeert glutaminezuur.

“Dit is heel ongebruikelijk,” zei Dr. McGowan. “We zijn niet op de hoogte van enig ander geval waarin deze stopcodons aan twee verschillende aminozuren zijn gekoppeld. Het overtreedt een aantal regels die we dachten te kennen over genvertaling – er werd gedacht dat deze twee codons gepaard waren.”

“Wetenschappers proberen nieuwe genetische codes te ontwikkelen, maar die bestaan ​​ook in de natuur. Er zijn verbazingwekkende dingen die we kunnen vinden, als we ernaar zoeken.

‘Of, in dit geval, als we niet naar ze op zoek zijn.’

Referentie: “Identificatie van de niet-canonieke ciliaire nucleaire genetische code waarbij UAA en UAG coderen voor verschillende aminozuren” door Jamie McGowan, Estelle S. Killias, Elizabeth Allacid, James Lipscomb, Benjamin H. Jenkins, Karim Gharbi, Jamie J Kethakuttil, Ian C Macaulay, Sianna MacTaggart, Sally D. Waring, Thomas A. Richards, Neil Hall en David Swarbrick, 5 oktober 2023, PLOS-genetica.
doi: 10.1371/journal.pgen.1010913

Dit onderzoek werd gefinancierd door de Wellcome Trust als onderdeel van het Darwin Tree of Life Project, en ondersteund door kernfinanciering aan het Earlham Institute van de Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), onderdeel van UKRI.