Вчені переглянули історію виникнення генетичного коду.

Універсальний генетичний код дозволяє ланцюгам ДНК та РНК, складеним з чотирьох видів нуклеотидів, перетворюватися на білкові послідовності, що складаються з 20 амінокислот. Цей складний процес виникав поетапно і поступово еволюціонував, а попередні спроби встановити чітку «хронологію» появи амінокислот у генетичному коді спиралися в основному на даних про хімічну доступність сполук в добіологічних умовах.

Зокрема, знаменитий експеримент Міллера-Юрі показав, що в далекому минулому спалахи блискавок в атмосфері Землі могли призвести до утворення органічних молекул, які разом з дощем потрапили в так званий «первинний бульйон». Тепер дослідницька група з Університету Аризони (США) виявила, що раннє життя надавало перевагу простим і малим молекулам амінокислот (а більш великі та складні амінокислоти приєднувалися до коду пізніше).

Автори наукової роботи, опублікованої в журналі PNAS, представили нову оцінку порядку включення амінокислот у генетичний код, спираючись не на абіотичні фактори (температура, світло, вологість, хімічний склад повітряного та водного середовища), а на аналіз білкових доменів — відносно коротких, стійких фрагментів білкової ланцюга, здатних незалежно функціонувати та розвиватися), — які виникли у останнього універсального спільного предка (LUCA).

Команда вчених на чолі з Соусан Вехбі (Sawsan Wehbi) провела порівняльний філогенетичний аналіз тисячі сімейств білкових доменів, що відносяться до LUCA, та реконструювала їх амінокислотні послідовності. Метод дозволив визначити, як реальні потреби організмів, а не лише умови навколишнього середовища, вплинули на порядок додавання амінокислот у генетичний код.

Виявилося, що більш прості та менші за розміром амінокислоти увійшли до складу універсального генетичного коду раніше, ніж вважали вчені. Те ж саме стосується амінокислот, пов'язаних з металами і що містять сірку (наприклад, цистеїн, метіонін та гістидин). Виходить, металлоферменти та сірковмісні білкові компоненти відігравали критично важливу роль на самому початку еволюції клітинного метаболізму.

Більше того, сучасний генетичний код міг з'явитися після зникнення давніх варіантів. Справа в тому, що серед доменів, що виникли ще до LUCA, спостерігалося підвищене вміст таких ароматичних амінокислот, як триптофан і тирозин, хоча їх традиційно вважали «пізніми новачками».

У тексті наукової роботи також йдеться, що порядок включення амінокислот у генетичний код міг бути спотворений в рамках лабораторних експериментів, (останні не завжди адекватно відображають реальні умови в давніх клітинах).

«Це натякає на те, що до виникнення сучасного генетичного коду могли існувати інші системи кодування амінокислот, які зникли в глибинах геологічного часу. Раннє життя, здається, «любило» кільцеві структури», — заявили автори нового дослідження.

Таким чином, генетики змогли переглянути порядок формування універсального генетичного коду, показавши, що він не був цілком заданий абіотичною доступністю амінокислот, а формувався під впливом метаболічних і структурних особливостей давніх клітин. Отримані результати мають важливе значення для розуміння процесів, що сприяють виникненню життя на Землі, і допоможуть у пошуках життя за межами нашої планети.