Понимание дополнительных правил работы генетического аппарата имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Например, руководствуясь ими, можно будет генно-инженерными методами ускорить промышленное производство биотоплива или биологических препаратов. Экспериментаторы из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили, что незначительные (всего по одной букве) изменения в наследственном коде, не влияющие на конечный продукт, то есть кодируемый геном белок, могут отражаться на темпе синтеза этого белка.

Опыты с бактериями показали, что изменения в скорости трансляции и даже паузы в ней зависят от появления в коде того или иного типа так называемых избыточных кодонов — триплетов генетических букв (нуклеотидов).

Рис. 1. Основой для открытия послужила
оригинальная методика анализа работы
клетки под названием «профилирование
рибосом». При нём учёные извлекают из
клеток рибосомы (на рисунке показана
структура такого органоида) и препарируют
всю генетическую информацию, с которой
рибосома работает в данный момент. Так
оказалось возможным с высокой точностью
измерять текущую активность генов и
скорость сборки белков (иллюстрация
Dale Muzzey/UCSF).

Избыточными они называются потому, что, как считалось, содержат лишь дублирующую информацию. Ведь всего существует 64 кодона, а аминокислот, используемых живыми организмами для построения белков, – только 20. Таким образом, имеются целые группы разных кодонов, кодирующих одну и ту же аминокислоту.

Генетики радуются, ведь становится понятной одна загадка: те или иные организмы, как показали результаты секвенирования генома ряда видов, почему-то предпочитают использовать в своём наследственном коде один кодон вместо другого, хотя результат в плане синтеза белков вроде бы один и тот же.

«Мы многое не понимали в правилах, — заявил один из исследователей Джонатан Вайссман (Jonathan Weissman). — Генетический код считается избыточным, но избыточные кодоны, безусловно, не идентичны».

Природа отбирает те или иные из них, исходя из требуемой скорости сборки белков, поясняют биологи.

Открытый механизм, в том числе способ постановки трансляции на паузу, учёные считают важным изобретением эволюции, позволяющим клетке избегать синтеза веществ в неподходящее время или в неправильном количестве.

Разумеется, ранее биологи уже знали, что сборка белков может идти очень неравномерно, но не было известно – что же управляет этими колебаниями. Теперь генетики смогли и сами регулировать данный процесс, заменяя в бактериях одни редкие кодоны на другие.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Gene-Wei Li, Eugene Oh & Jonathan S. Weissman The anti-Shine–Dalgarno sequence drives translational pausing and codon choice in bacteria. – Nature (2012) doi:10.1038/nature10965; Published online 28 March 2012.