Новый взгляд на развитие генетического кода
Генетический код, управляющий созданием белков на основе генетических инструкций, мог развиться в иной последовательности, чем считалось ранее. Недавнее исследование проливает свет на самые ранние стадии жизни и предлагает новую хронологию добавления аминокислот — строительных блоков белков — в этот код. Это открытие является ключевым элементом в пазле происхождения жизни.
Подход профессора Джоанны Масел и её коллег
Профессор Джоанна Масел и её команда из Университета Аризоны предложили новый подход к определению порядка, в котором аминокислоты стали частью системы создания белков. Их исследование, опубликованное в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, отходит от прежних гипотез, основанных на химических веществах, существовавших на ранней Земле. Вместо этого учёные изучили состав белков очень древнего генетического материала, относящегося к самым ранним известным формам жизни.
Результаты исследования
Вместо того чтобы полагаться на эксперименты, имитирующие условия ранней Земли, команда профессора Масел изучила древние генетические паттерны, вероятно, общие для самых первых организмов. Эти фрагменты белков важны для многих жизненных процессов и дают представление о том, как функционировала биология миллиарды лет назад.
Исследователи обнаружили, что сначала использовались более простые и мелкие аминокислоты, а более сложные появились позже. Удивительно, но такие аминокислоты, как метионин и цистеин, содержащие серу, а также гистидин, взаимодействующий с металлами, были добавлены раньше, чем предполагалось ранее.
«Метионин и гистидин были добавлены в код раньше, чем ожидалось исходя из их молекулярных масс, а глутамин — позже», — объяснила профессор Масел. Это означает, что метионин, вероятно, играл роль в ранних энергетических процессах, а способность гистидина помогать в металлозависимых химических реакциях могла сделать его важным с самого начала.
Значение открытия
Результаты исследования выходят за рамки базовой химии. Они подтверждают идею о том, что жизнь зародилась в средах, богатых минералами и серой, таких как подводные вулканические источники. Эти места могли предоставить подходящие условия для серо- и металлозависимой химии.
Команда профессора Масел также обнаружила признаки того, что некоторые ещё более древние генетические системы существовали до общего предка всех живых организмов. Это suggests, что жизнь экспериментировала с различными способами создания белков, прежде чем остановиться на известной нам сегодня системе.
Для достижения этих выводов команда профессора Масел сгруппировала фрагменты белков по времени их происхождения. Эти фрагменты, называемые доменами, представляют собой участки белков, выполняющие определённые функции в клетке. Исследователи затем сравнили, насколько часто каждый тип аминокислоты встречался в более старых и немного более новых наборах белков. Они обнаружили, например, что глутамин, вероятно, был добавлен в генетический код довольно поздно, что опровергает более ранние предположения. Другие древние белки содержали необычное количество специфических аминокислот, таких как триптофан и тирозин, что указывало на более старые генетические структуры, которые могли работать иначе.
Исследование профессора Масел предлагает не только новый взгляд на историю Земли. Оно также открывает возможности для изучения жизни за пределами нашей планеты. Если серо- и металлозависимые аминокислоты были важны для ранней жизни здесь, они могут быть признаками жизни и на других мирах.
«Наши результаты предлагают улучшенное приближение порядка включения двадцати аминокислот в генетический код», — сказала профессор Масел, давая учёным лучший способ отследить, как могла зародиться жизнь в других частях Вселенной.
Источник:
Wehbi S., Wheeler A., Morel B., Manepalli N., Minh B.Q., Lauretta D.S., Masel J. «Order of amino acid recruitment into the genetic code resolved by last universal common ancestor’s protein domains.» Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2410311121
О профессоре Джоанне Масел
Профессор Джоанна Масел — теоретический биолог из Университета Аризоны, известная своими инновационными работами, исследующими эволюцию наиболее фундаментальных процессов жизни. Её исследования сосредоточены на происхождении генетических систем, теории эволюции и молекулярных основах ранней жизни. Обладая опытом в математике и эволюционной биологии, она объединяет сложные вычислительные модели с биологическими вопросами, чтобы выявить закономерности, сформировавшие жизнь в том виде, в каком мы её знаем. Профессор Масел широко публиковалась по темам, начиная от эволюции белков и заканчивая генетической устойчивостью и появлением новых признаков. Её работа известна тем, что бросает вызов предположениям и предоставляет новые рамки для понимания того, как биологические системы адаптируются и эволюционируют с течением времени.