Своєрідну «шпаргалку» всередині клітин, яка пояснює як перевести набір нуклеотидів («букв») у ДНК або РНК у послідовність амінокислот («деталей»), з яких складаються білки, називають генетичним кодом. Його пристрій однаково майже у всіх організмів на Землі, проте вчені досі сперечаються про час його походження та поступові зміни. Тепер, проаналізувавши фрагменти білкового ланцюга цієї давньої генетичної «шпаргалки», дослідники переглянули усталені уявлення про її походження.
Універсальний генетичний код дозволяє ланцюжкам ДНК і РНК, складеним із чотирьох видів нуклеотидів, перетворюватися на білкові послідовності, що складаються з 20 амінокислот. Цей складний процес виникав поетапно і поступово еволюціонував, а попередні спроби встановити чітку «хронологію» появи амінокислот у генетичному коді спиралися здебільшого на дані про хімічну доступність сполук у добіологічних умовах.
Зокрема, знаменитий експеримент Міллера-Юрі показав, що в далекому минулому спалахи блискавок у земній атмосфері могли призвести до утворення органічних молекул, які разом із дощем потрапили до так званого «первинного бульйону». що раннє життя віддавало перевагу прості і дрібні молекули амінокислот (а більші і складні амінокислоти приєднувалися до коду пізніше).
Автори наукової роботи, опублікованої в журналі PNAS, представили нову оцінку порядку включення амінокислот до генетичного коду, ґрунтуючись не на абіотичних факторах (температура, світло, вологість, хімічний склад повітряного та водного середовища), а на аналізі білкових доменів – щодо коротких, стійких фрагментів білкового ланцюга, здатних незалежно функціонувати та розвиватися), – які виникли в останнього універсального загального предка (LUCA).
Команда вчених на чолі із Соусан Вехбі (Sawsan Wehbi) провела порівняльний філогенетичний аналіз тисячі сімейств білкових доменів, що відносяться до LUCA і реконструювала їх амінокислотні послідовності. Метод дозволив визначити, як реальні потреби організмів, а не тільки умови навколишнього середовища, вплинули на порядок додавання амінокислот до генетичного коду.
Виявилося, що простіші та менші за розміром амінокислоти увійшли до складу універсального генетичного коду раніше, ніж вважали вчені. Те саме вірно і щодо амінокислот, пов’язаних з металами і містять сірку (наприклад, цистеїн, метіонін та гістидин). Виходить, металоферменти і сірковмісні білкові компоненти грали критично значиму роль на початку еволюції клітинного метаболізму.
Щобільше, сучасний генетичний код міг з’явитися після зникнення стародавніх варіантів. Річ у тому, що серед доменів, що виникли ще до LUCA, спостерігався підвищений вміст таких ароматичних амінокислот як триптофан і тирозин, хоча їх традиційно вважали «пізніми новачками».
У тексті наукової роботи також говориться, що порядок включення амінокислот до генетичного коду міг бути спотворений в рамках лабораторних експериментів, (останні не завжди адекватно відображають реальні умови в давніх клітинах). Це натякає на те, що до виникнення сучасного генетичного коду могли існувати інші системи кодування амінокислот, які пішли в глибини геологічного часу. Раннє життя, схоже, «любило» кільцеві структури», — зробили висновок автори нового дослідження.
Таким чином, генетики змогли переглянути порядок формування універсального генетичного коду, показавши, що він не був повністю заданий абіотичною доступністю амінокислот, а формувався під впливом метаболічних та структурних особливостей древніх клітин. Отримані результати мають важливе значення для розуміння процесів, що сприяють виникненню життя на Землі та допоможуть у пошуках життя за межами нашої планети.