DNA通常被稱為生命藍(lán)圖，但科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)了一種隨機(jī)使用兩種不同DNA代碼翻譯的微生物。這一意想不到的發(fā)現(xiàn)破壞了被認(rèn)為是普遍規(guī)則的東西，因?yàn)檫@種微生物的蛋白質(zhì)無法從DNA序列中完全預(yù)測(cè)。

來自巴斯大學(xué)米爾納進(jìn)化中心和德國哥廷根馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的研究人員在“當(dāng)代生物學(xué)”雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

所有生物都從父母那里接收遺傳信息，告訴細(xì)胞如何制造蛋白質(zhì) - 在我們體內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)成分的分子。該遺傳信息包括由分別由字母A，T，C和G表示的四個(gè)化學(xué)堿基序列組成的DNA分子;遺傳密碼規(guī)定細(xì)胞中哪個(gè)氨基酸序列連接在一起形成每個(gè)蛋白質(zhì)，給出DNA中的基礎(chǔ)序列。

以類似的方式，莫爾斯電碼中的“點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)”轉(zhuǎn)換為S，遺傳密碼也以三個(gè)堿基(密碼子)的塊讀取，以轉(zhuǎn)化為一個(gè)氨基酸。

最初認(rèn)為任何給定的密碼子總是產(chǎn)生相同的氨基酸 - 就像點(diǎn)點(diǎn)總是在莫爾斯碼中意味著S.例如，DNA中的GGA翻譯為氨基酸甘氨酸。

然而，巴斯大學(xué)米爾納進(jìn)化中心的StefanieMühlhausen博士和Laurence Hurst教授以及德國哥廷根Max-Planck生物物理化學(xué)研究所的Martin Kollmar及其同事之間的合作現(xiàn)在已經(jīng)描述了第一次和意外的 - 在自然代碼中對(duì)此規(guī)則的例外。

該小組研究了一組不尋常的酵母，其中一些物種已經(jīng)進(jìn)化出一種不尋常的非通用代碼。雖然人類(以及其他一切)將密碼子CTG翻譯為氨基酸亮氨酸，但是一些酵母物種將其翻譯為氨基酸絲氨酸，而其他人將其翻譯為丙氨酸。

這本身很奇怪。但該團(tuán)隊(duì)更驚訝地發(fā)現(xiàn)一個(gè)物種Ascoidea asiatica，隨機(jī)將該密碼子翻譯為絲氨酸或亮氨酸。每次翻譯這個(gè)密碼子時(shí)，細(xì)胞都會(huì)拋出一個(gè)化學(xué)硬幣：頭部為亮氨酸，尾部為絲氨酸。

巴斯大學(xué)進(jìn)化遺傳學(xué)教授，米爾納進(jìn)化中心主任勞倫斯赫斯特說：“這是我們第一次在任何物種中看到這一點(diǎn)。

“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，大約50%的時(shí)間CTG被翻譯成絲氨酸，剩下的時(shí)間是亮氨酸。

“遺傳學(xué)規(guī)范的最后一條規(guī)則，即翻譯是確定性的，已被打破。這使得這個(gè)基因組變得獨(dú)一無二 - 如果你了解DNA，你就無法弄清楚這些蛋白質(zhì)。”

為了理解這是如何發(fā)生的 - 這種拋硬機(jī)制是如何在物理上表現(xiàn)出來的 - 研究小組研究了一種叫做tRNA的分子 - 它們可以作為識(shí)別密碼子并將氨基酸組合在一起形成蛋白質(zhì)鏈的翻譯者。

來自哥廷根Max-Planck生物物理化學(xué)研究所的Martin Kollmar博士說：“我們發(fā)現(xiàn)，Ascoidea asiatica不同尋常，因?yàn)镃TG具有兩種tRNA，一種與亮氨酸橋接，一種與絲氨酸橋接。

“因此，當(dāng)CTG被翻譯時(shí)，它隨機(jī)選擇兩個(gè)tRNA中的一個(gè)，因此在絲氨酸和亮氨酸之間隨機(jī)挑選。”

來自巴斯大學(xué)米爾納進(jìn)化中心的StefanieMühlhausen博士補(bǔ)充說：“將絲氨酸換成亮氨酸可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)出現(xiàn)嚴(yán)重問題，因?yàn)樗鼈兙哂型耆煌奶匦?- 蛋白質(zhì)表面經(jīng)常發(fā)現(xiàn)絲氨酸，而亮氨酸是疏水性，常埋在蛋白質(zhì)內(nèi)。

“我們研究了這種奇怪的酵母是如何應(yīng)對(duì)這種隨機(jī)性的，并發(fā)現(xiàn)A. asiatica已經(jīng)進(jìn)化為很少使用CTG密碼子，特別是避免了蛋白質(zhì)的關(guān)鍵部分。”

研究人員估計(jì)，隨機(jī)編碼已有1億年的歷史，但其他密切相關(guān)的物種進(jìn)化成為失去這種潛在問題的特征。

Martin Kollmar博士說：“目前還不清楚為什么A. asiatica應(yīng)該長期保留這種隨機(jī)編碼。也許在極少數(shù)情況下，這種隨機(jī)性可能是有益的。”