Die zufällige Entdeckung, die die Genetik erschüttert

Wissenschaftler, die eine neue Methode zur Sequenzierung einzelner Zellen testen, haben unser Verständnis der Regeln der Genetik unerwartet verändert.

Das Genom der Protisten enthüllte eine scheinbar einzigartige Variation in … DNA Ein Symbol weist auf das Ende eines Gens hin und weist darauf hin, dass weitere Forschung erforderlich ist, um diese vielfältige Gruppe von Organismen besser zu verstehen.

Dr. Jamie McGowan, Postdoktorand am Earlham Institute, analysierte die Genomsequenz eines Mikroorganismus – eines Protisten –, der aus einem Süßwasserteich in den Oxford University Parks isoliert wurde.

Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, eine DNA-Sequenzierungspipeline zu testen, die mit sehr kleinen DNA-Mengen, beispielsweise DNA aus einer einzelnen Zelle, funktioniert. Dr. McGowan hat mit einem Team von Wissenschaftlern am Earlham Institute und mit der Gruppe von Professor Thomas Richards am Earlham Institute zusammengearbeitet. Universität Oxford.

Unerwartete genetische Befunde bei Protisten

Als Forscher jedoch den genetischen Code untersuchten, entdeckten die Protisten Hymenophorie sp. PL0344 erwies sich als neuartig Klassifizieren Mit einer unerwarteten Veränderung in der Art und Weise, wie seine DNA in Proteine ​​übersetzt wird.

„Es ist ein Glück, dass wir diese Protisten ausgewählt haben, um unsere Sequenzlinie zu testen. Es zeigt, was da draußen ist, und zeigt, wie wenig wir über die Genetik von Protisten wissen“, sagte Dr. McGowan.

Es ist schwierig, Aussagen über die Gruppe der Protisten zu treffen. Bei den meisten handelt es sich um einzellige mikroskopische Organismen wie Amöben, Algen und Kieselalgen, aber es gibt auch größere mehrzellige Protisten wie Seetang, Schleimpilze und Rotalgen.

„Die Definition von Protist ist locker – es handelt sich im Grunde um jeden eukaryotischen Organismus, der kein Tier, keine Pflanze oder kein Pilz ist“, sagte Dr. McGowan. „Das ist natürlich sehr allgemein, denn Protisten sind eine sehr variable Gruppe.

„Einige sind eng mit Tieren verwandt, andere sind eng mit Pflanzen verwandt. Es gibt Jäger und Beute, Parasiten und Wirte, Schwimmer und Sitzende, und es gibt solche, die sich abwechslungsreich ernähren, während andere Photosynthese betreiben. Im Grunde können wir nur sehr wenige herstellen.“ Verallgemeinerungen.

Ziliengesellschaften und Veränderungen des genetischen Codes

Hymenophorie sp. PL0344 ist Zilien. Diese schwimmenden Protisten können mit einem Mikroskop gesehen werden und sind fast überall zu finden, wo es Wasser gibt.

Zilien sind Hotspots für Veränderungen des genetischen Codes, einschließlich der Neuzuweisung eines oder mehrerer Stoppcodons – der Codons TAA, TAG und TGA. In fast allen Organismen werden diese drei Stoppcodons verwendet, um das Ende eines Gens anzuzeigen.

Variationen im genetischen Code sind äußerst selten. Unter den wenigen genetischen Codevarianten, über die bisher berichtet wurde, weisen die TAA- und TAG-Codons immer die gleiche Übersetzung auf, was darauf hindeutet, dass ihre Evolution gekoppelt ist.

„Bei fast allen anderen uns bekannten Erkrankungen verändern sich TAA und TAG gleichzeitig“, erklärte Dr. McGowan. „Wenn es sich nicht um Stoppcodons handelt, geben sie jeweils die gleiche Aminogruppe an sauer„.

Anomalien der DNA-Übersetzung

DNA ist wie ein Bauplan. Es macht an sich nichts, sondern gibt vielmehr Anweisungen für die auszuführende Arbeit. Damit ein Gen eine Wirkung entfaltet, muss der Bauplan „gelesen“ und dann in ein Molekül eingebaut werden, das eine physikalische Wirkung hat.

Damit die DNA gelesen werden kann, wird sie zunächst in eine Datei kopiert RNA Kopieren. Diese Kopie wird in einen anderen Bereich der Zelle verschoben, wo sie übersetzt wird AminosäurenDie sich zu einem dreidimensionalen Molekül verbinden. Der Translationsprozess beginnt am DNA-Startcodon (ATG) und endet am Stoppcodon (normalerweise TAA, TAG oder TGA).

In Hymenophorie sp. PL0344, TGA fungiert nur als Stoppcodon – obwohl Dr. McGowan herausfand, dass es in der Zilien-DNA mehr TGA-Codons als erwartet gibt, was vermutlich den Verlust der beiden anderen kompensiert. Stattdessen spezifiziert TAA Lysin und TAG spezifiziert Glutaminsäure.

„Das ist sehr ungewöhnlich“, sagte Dr. McGowan. „Uns ist kein anderer Fall bekannt, in dem diese Stoppcodons mit zwei verschiedenen Aminosäuren verknüpft sind. Dies verstößt gegen einige der Regeln, die wir über die Gentranslation zu kennen glaubten – es wurde angenommen, dass diese beiden Codons gepaart sind.“

„Wissenschaftler versuchen, neue genetische Codes zu entwickeln – aber es gibt sie auch in der Natur. Es gibt wunderbare Dinge, die wir finden können, wenn wir danach suchen.“

„Oder, in diesem Fall, wenn wir nicht nach ihnen suchen.“

Referenz: „Identifizierung des nicht-kanonischen ziliären nuklearen genetischen Codes, bei dem UAA und UAG für verschiedene Aminosäuren kodieren“ von 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 und David Swarbrick, 5. Oktober 2023, PLOS-Genetik.
doi: 10.1371/journal.pgen.1010913

Diese Forschung wurde vom Wellcome Trust im Rahmen des Darwin Tree of Life Project finanziert und durch eine Kernfinanzierung des Earlham Institute vom Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), einem Teil des UKRI, unterstützt.