Одной из фундаментальных основ биологии является точность генетического кода. Клетки считывают инструкции ДНК в виде трехбуквенных последовательностей, называемых кодонами, где каждый кодон соответствует определенной аминокислоте – строительному блоку белков. Однако недавнее открытие исследователей из Калифорнийского университета в Беркли ставит под сомнение эту, казалось бы, незыблемую догму.
Ученые обнаружили микроорганизм, который способен трактовать один и тот же генетический код двумя разными способами. Этот микроб – метанообразующая архея *Methanosarcina acetivorans* – по-разному интерпретирует определенную трехбуквенную последовательность, которая обычно служит стоп-кодоном, то есть сигналом для завершения синтеза белка. Иногда клетка действительно прекращает сборку белковой молекулы, а иногда – вставляет на этом месте особую аминокислоту и продолжает работу. В результате из одной и той же генетической инструкции получаются два разных белка.
Несмотря на такую гибкость, которая, казалось бы, должна вносить хаос, микроб функционирует абсолютно нормально. По мнению ученых, эта «неоднозначность» – не ошибка, а эволюционно выработанная особенность. Она позволяет организму встраивать в ферменты редкую аминокислоту пирролизин, необходимую для расщепления метиламина – соединения, распространенного в окружающей среде и в кишечнике человека. «Объективно говоря, двусмысленность в генетическом коде должна быть губительной, – отмечает Дипти Наяк, старший автор исследования. – Но мы видим, что биологические системы более гибки, чем мы привыкли считать, и эта неоднозначность на самом деле является полезной функцией, а не сбоем».
Открытие имеет большое значение и для медицины. Археи, потребляющие метиламины, играют важную роль в здоровье человека, помогая снижать уровень триметиламин N-оксида – вещества, связанного с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Кроме того, новое знание открывает перспективы для лечения некоторых генетических заболеваний. Около 10% наследственных болезней, включая муковисцидоз и мышечную дистрофию Дюшенна, вызваны преждевременными стоп-кодонами, которые приводят к созданию неполноценных белков. Ученые предполагают, что если сделать эти стоп-кодоны «негерметичными», позволив клеткам иногда их игнорировать, можно будет производить достаточное количество полноразмерного белка для облегчения симптомов.
До сих пор считалось, что каждый кодон в генетическом коде несет только один смысл: либо кодирует одну из 20 стандартных аминокислот, либо служит сигналом «стоп». Хотя известны вариации – у некоторых организмов кодоны могут означать разные аминокислоты – принцип однозначности оставался нерушимым. Исследователи предполагали, что организмы, использующие 21-ю аминокислоту пирролизин, просто переназначили стоп-кодон UAG для ее кодирования. Новая работа показала, что это не так. Кодон UAG у *M. acetivorans* работает как развилка: клетка может пойти по одному из двух путей в зависимости от условий.
Ученым пока не удалось найти четких сигналов в ДНК, которые бы определяли выбор клетки. Похоже, микробы не перекодировали UAG и не добавили новых факторов, чтобы сделать его значение детерминированным. Вместо этого они колеблются между остановкой и продолжением синтеза. Предварительные данные свидетельствуют, что выбор может зависеть от доступности самого пирролизина. Когда его много, кодон UAG чаще считывается как инструкция для вставки этой аминокислоты. Когда пирролизина мало, он же работает как стоп-сигнал. Поскольку в геноме этого микроба сотни генов содержат кодон UAG, это означает, что множество белков могут существовать в двух формах, что открывает совершенно новые горизонты для понимания клеточной регуляции.
