发现遗传密码演变的基本限制

在巴塞罗那IRB进行的一项研究解释了为什么遗传密码在3000万年前停止增长。这归因于转移RNA的结构 - 转移RNA是基因翻译成蛋白质的关键分子。遗传密码限于20个氨基酸 - 蛋白质的构建模块 - 防止系统突变的最大数量，这对于生命是致命的。该发现可以应用于合成生物学。

自然界在不断发展 - 它的极限只能通过威胁物种生存能力的变化来决定。研究遗传密码的起源和扩展是解释生命进化的基础。在Science Advances中，一个专门研究这一领域的生物学家团队解释了制约遗传密码进一步发展的局限性，遗传密码是地球上所有生物体用来翻译核酸基因序列的一套通用规则(DNA和RNA)进入包含进行细胞功能的蛋白质的氨基酸序列。

由ICREA研究员LluísRibasde Pouplana在生物医学研究所(IRB巴塞罗那)和Fyodor A. Kondrashov，基因组调控中心(CRG)以及IRB Barcelona的Modesto Orozco合作领导，科学家团队研究表明，遗传密码进化到包括最多20 个氨基酸，并且由于转移RNA的功能限制而无法进一步生长 - 转移RNA是基因语言和蛋白质之间的解释器。在细菌，真核生物和古细菌的单独进化之前，生命复杂性增加的停止发生在超过30亿年前，因为所有生物都使用相同的代码从遗传信息中产生蛋白质。

该研究的作者解释说，将基因翻译成蛋白质的机制无法识别超过20种氨基酸，因为它会使它们混淆，这会导致蛋白质的不断突变，从而导致遗传信息的错误翻译“带来灾难性后果” ，用里巴斯的话来说。“基于遗传密码的蛋白质合成是生物系统的决定性特征，确保信息的忠实翻译至关重要，”研究人员说。

形状所施加的限制

遗传密码的饱和起源于转移RNA(tRNA)，即负责识别遗传信息的分子并且将相应的氨基酸携带到核糖体中，根据给定基因中编码的信息，将氨基酸链制成蛋白质的位置。然而，tRNA必须适合的核糖体腔意味着这些分子必须采用L形，并且它们之间几乎没有变化的可能性。“制造新的氨基酸对系统有益，因为事实上，我们使用的氨基酸超过了20种氨基酸，但是额外的氨基酸通过与遗传密码无关的非常复杂的途径加入。并且有一点，当Nature不能创造出与已有的tRNA充分不同的新tRNA而不会导致识别正确氨基酸的问题。

应用于合成生物学

合成生物学的目标之一是增加遗传密码并对其进行修饰以构建具有不同氨基酸的蛋白质以实现新的功能。为此，研究人员在高度受控的条件下使用细菌等生物来制造具有特定特征的蛋白质。“但这很难做到，我们的工作表明，如果要实现更有效的生物技术系统，必须避免实验室设计的合成tRNA与现有tRNA之间的识别冲突，”研究人员总结道。