Вчені відтворили еволюцію генетичного коду з дипептидів

Еволюція генетичного коду: роль дипептидів у походженні життя

Дослідження, проведене в Університеті Іллінойсу в Урбана-Шампейн, пропонує новий погляд на походження генетичного коду та його взаємозв’язок із білковими структурами. Основна увага зосереджена на дипептидах — простих сполуках із двох амінокислот, які могли відігравати вирішальну роль у формуванні ранніх білків.

Хронологія амінокислот та генетичного коду

Попередні роботи цієї групи дозволили відтворити послідовність виникнення амінокислот у генетичному коді на основі аналізу транспортних РНК (тРНК). Було виділено три групи:

• Група 1 — тирозин, серин і лейцин, які вважаються найдавнішими.
• Група 2 — ще вісім амінокислот, пов’язаних із появою механізмів молекулярного редагування та операційного коду.
• Група 3 — амінокислоти пізнішого походження, що розширили функціональні можливості стандартного генетичного коду.

Ця класифікація вказує на поступове ускладнення системи кодування, в якій ключову роль відігравали аміноацил-тРНК синтетази — ферменти, що контролюють правильність приєднання амінокислот до тРНК.

Дипептиди як первинний білковий код

Нове дослідження показало, що дипептиди з’являлися не випадково, а у вигляді пар, які можна розглядати як дзеркальні відображення — дипептид і його антидипептид (наприклад, AL ? LA).
«Ми знайшли щось надзвичайне у філогенетичному дереві… більшість пар дипептидів та антидипептидів виникали майже одночасно. Ця дуальність розкриває фундаментальну рису генетичного коду», — наголосив Густаво Каетано-Аноллес.

Це відкриття вказує на можливе походження дипептидів із комплементарних ланцюгів нуклеїнових кислот, що взаємодіяли з первісними ферментами синтетазами. Такі дипептиди могли забезпечувати структурну стабільність перших білків і слугувати первинним білковим кодом, який діяв паралельно з раннім кодом РНК.

Конгруентність трьох джерел даних

Філогенетичний аналіз підтвердив узгодженість (конгруентність) між трьома наборами даних:

1. історіями білкових доменів,
2. еволюцією тРНК,
3. виникненням дипептидів.

Усі вони показали однакову послідовність додавання амінокислот до генетичного коду. Це свідчить про тісний зв’язок між розвитком структурної складності білків та еволюцією механізмів кодування.

Значення для синтетичної біології

Розуміння того, як формувався генетичний код, має велике значення для сучасної науки:

• генна інженерія може використовувати ці знання для оптимізації синтезу білків;
• синтетична біологія отримає нові підходи до створення мінімальних або штучних клітин;
• біомедичні дослідження зможуть краще пояснювати стійкість та функціональні обмеження біологічних систем.

«Синтетична біологія визнає цінність еволюційної перспективи… Для того, щоб робити значущі модифікації, важливо розуміти обмеження і логіку генетичного коду», — підкреслив Каетано-Аноллес.

Висновок

Робота показує, що життя на Землі базується на двох взаємопов’язаних кодах:

• генетичному, який зберігає інформацію в нуклеїнових кислотах,
• білковому, що формує структурну й функціональну основу клітини.

Дипептиди могли стати першим містком між цими двома мовами життя, закладаючи фундамент сучасної біології.