微生物通过使用两种不同的翻译来打破“普遍的”DNA规则

DNA通常被称为生命蓝图，但科学家们首次发现了一种随机使用两种不同DNA代码翻译的微生物。这一意想不到的发现破坏了被认为是普遍规则的东西，因为这种微生物的蛋白质无法从DNA序列中完全预测。

来自巴斯大学米尔纳进化中心和德国哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所的研究人员在“当代生物学”杂志上发表了他们的研究结果。

所有生物都从父母那里接收遗传信息，告诉细胞如何制造蛋白质 - 在我们体内产生化学成分的分子。该遗传信息包括由分别由字母A，T，C和G表示的四个化学碱基序列组成的DNA分子;遗传密码规定细胞中哪个氨基酸序列连接在一起形成每个蛋白质，给出DNA中的基础序列。

以类似的方式，莫尔斯电码中的“点点点”转换为S，遗传密码也以三个碱基(密码子)的块读取，以转化为一个氨基酸。

最初认为任何给定的密码子总是产生相同的氨基酸 - 就像点点总是在莫尔斯码中意味着S.例如，DNA中的GGA翻译为氨基酸甘氨酸。

然而，巴斯大学米尔纳进化中心的StefanieMühlhausen博士和Laurence Hurst教授以及德国哥廷根Max-Planck生物物理化学研究所的Martin Kollmar及其同事之间的合作现在已经描述了第一次和意外的 - 在自然代码中对此规则的例外。

该小组研究了一组不寻常的酵母，其中一些物种已经进化出一种不寻常的非通用代码。虽然人类(以及其他一切)将密码子CTG翻译为氨基酸亮氨酸，但是一些酵母物种将其翻译为氨基酸丝氨酸，而其他人将其翻译为丙氨酸。

这本身很奇怪。但该团队更惊讶地发现一个物种Ascoidea asiatica，随机将该密码子翻译为丝氨酸或亮氨酸。每次翻译这个密码子时，细胞都会抛出一个化学硬币：头部为亮氨酸，尾部为丝氨酸。

巴斯大学进化遗传学教授，米尔纳进化中心主任劳伦斯赫斯特说：“这是我们第一次在任何物种中看到这一点。

“我们惊讶地发现，大约50%的时间CTG被翻译成丝氨酸，剩下的时间是亮氨酸。

“遗传学规范的最后一条规则，即翻译是确定性的，已被打破。这使得这个基因组变得独一无二 - 如果你了解DNA，你就无法弄清楚这些蛋白质。”

为了理解这是如何发生的 - 这种抛硬机制是如何在物理上表现出来的 - 研究小组研究了一种叫做tRNA的分子 - 它们可以作为识别密码子并将氨基酸组合在一起形成蛋白质链的翻译者。

来自哥廷根Max-Planck生物物理化学研究所的Martin Kollmar博士说：“我们发现，Ascoidea asiatica不同寻常，因为CTG具有两种tRNA，一种与亮氨酸桥接，一种与丝氨酸桥接。

“因此，当CTG被翻译时，它随机选择两个tRNA中的一个，因此在丝氨酸和亮氨酸之间随机挑选。”

来自巴斯大学米尔纳进化中心的StefanieMühlhausen博士补充说：“将丝氨酸换成亮氨酸可能会导致蛋白质出现严重问题，因为它们具有完全不同的特性 - 蛋白质表面经常发现丝氨酸，而亮氨酸是疏水性，常埋在蛋白质内。

“我们研究了这种奇怪的酵母是如何应对这种随机性的，并发现A. asiatica已经进化为很少使用CTG密码子，特别是避免了蛋白质的关键部分。”

研究人员估计，随机编码已有1亿年的历史，但其他密切相关的物种进化成为失去这种潜在问题的特征。

Martin Kollmar博士说：“目前还不清楚为什么A. asiatica应该长期保留这种随机编码。也许在极少数情况下，这种随机性可能是有益的。”