Życie na ziemi istnieje dzięki uniwersalnemu kodowi genetycznemu. Ten biologiczny kodeks mówi naszym komórkom, w jaki sposób DNA powinno zostać przetłumaczone na umożliwiające egzystencję białka, bez których nie możemy funkcjonować.
Pomimo tego, że kod genetyczny zarządza niezliczoną ilością organizmów, łączy je wszystkie jako potomków wspólnego przodka – stanowi lingua franca życia.
Videos by VICE
Mimo jego wszystkich różnorodnych i niezwykłych właściwości kod genetyczny pozostaje statyczny. Z jakiegoś powodu, nieznanemu nauce, około 3 miliardy lat temu po prostu przestał się rozwijać. Zamiast poszerzać swą funkcjonalność, aby być w stanie kodować nowe kombinacje aminokwasów (i potencjalnie nowego życia), zatrzymał się w obecnym rozmiarze i funkcji. Stanął przed wyborem: mógł kontynuować ewolucję i ryzykować mutację elementów niezbędnych do tworzenia życia albo też pozostać w swojej ograniczonej, choć funkcjonalnej, formie.
„Synteza białek oparta na kodzie genetycznym jest kluczową właściwością komórek i jest niezbędna do rzetelnego odczytywania informacji znajdującej się w chromosomach” – ogłosił Lluís Ribas de Pouplana, główny autor badania.
Źródło i ekspansja kodu genetycznego wydarzyła się na długo przed oddzieleniem trzech domen życia: bakterii, eukariontów i archeonów. Mimo to dopiero w latach 60. naukowcom ostatecznie udało się rozwikłać zagadkę tej podstawowej struktury. Jak się okazało, mając taki potencjał do tworzenia nowych form życia, jaki posiadał kod, był on stosunkowo mało kreatywny.
Przez tysiąclecia, kod genetyczny ewoluował do etapu, w którym zapisany jest on w „kodonach” – elementach złożonych z trzech nukleotydów. Każdy kodon ma przypisany konkretny aminokwas, który zostaje dobudowany do tworzącego się łańcucha aminokwasowego poprzez transportujący RNA (tRNA). Jednak w pewnym momencie tRNA doszło do takiego stopnia złożoności, że osiągnęło limit 20 aminokwasów, na które było w stanie przetłumaczyć dostarczone kodony. To wtedy kod genetyczny i złożoność życia została względnie zatrzymana w rozwoju.
Gdy pojawiało się więcej niż 20 aminokwasów, genetyczna machineria ekspresji genów zostawała zachwiana. Rezultatem takich błędnych translacji były ciągłe mutacje „z katastrofalnymi skutkami” – twierdzi Ribas.
Podczas gdy ekspansja kodu genetycznego pozwoliła na wytworzenie nowych rodzajów tRNA, szczególna, L-kształtna jama rybosomu (miejsce właściwej syntezy białka) pozwalała na bardzo małe odchylenia. Jeśli cząsteczka tRNA nie zaadaptowała się do restrykcyjnych wymagań rybosomu, efektywność syntezy białka była poważnie zagrożona i śmiertelna dla życia.
Bądź z nami na bieżąco. Polub nasz nowy fanpage VICE Polska
„Nadszedł taki moment, kiedy natura nie była w stanie wytworzyć nowych rodzajów tRNA, które różniłyby się znacząco od ówcześnie istniejących, bez wywoływania problemu z identyfikacją prawidłowego aminokwasu. Ten moment nadszedł przy 20 aminokwasach” – tłumaczy Ribas.
Twórcy badania wierzą, że ich odkrycia mogą znaleźć zastosowanie w dziedzinie syntetycznej biologii i pozwolić na przełomowe odkrycia w badaniach nad manipulacją genami.
Obecnie coraz popularniejsza staje się CRIPR/Cas9 – nowatorska metoda edytowania genu, która umożliwia precyzyjnie modyfikować DNA z lepszymi wynikami od innych współcześnie używanych technik. Możliwe również, że spostrzeżenia dotyczące ewolucji kodu i jego ograniczeń, pozwolą biologom na stworzenia nowych białek z kompletnie nowymi funkcjonalnościami.
Badanie zarówno naszej genetycznej historii, jak i jej współtworzonej przez człowieka przyszłości może otworzyć furtkę dla niezwykłych innowacji w dziedzinie genetyki. Sukcesy i porażki ewolucji mogą nam powiedzieć o naszym gatunku i jego przyszłości więcej niż jakikolwiek wizje science-fiction. Ale co najważniejsze: jeśli nie będziemy patrzeć wstecz wystarczająco często, nigdy nie dowiemy się, jak daleko już doszliśmy.
