Alternatif genetik kodlar için bugüne kadarki en büyük ekranda Codetta adlı bir bilgisayar programı, daha önce hiç görülmemiş beş genetik kodu tanımlamak için bakteri ve arkelerden 250.000'den fazla genom dizisini taradı. Bu çalışma eLife'da yayınlandı.

Hayat ağacının çoğunda genetik kod evrenseldir. Ancak bilim insanları bir avuç istisna keşfettiler - bazı organizmalarda kodun bir dereceye kadar gelişebileceğini gösteren alternatif genetik kodlar. Birçok genoma kapsamlı bir bakış olmadan, kodon yeniden atamasının evrimsel yörüngeleri hakkında genel sonuçlar çıkarmak zordur. Şimdi, Harvard Üniversitesi'nde Moleküler ve Hücresel Biyoloji ve Uygulamalı Matematik Profesörü olan Sean Eddy'nin laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olan Yekaterina (Kate) Shulgina ve Howard Hughes Tıp araştırmacısı, çok sayıda genomu incelemek için bir yöntem geliştirdi.

Codetta, nükleotid sekans verilerinden her kodonun amino asit kod çözmesini tahmin etmek için kullanılan hesaplamalı bir yöntemdir. Şimdiye kadar, benzer programları kullanan bilim insanları yüzlerce genom dizisini analiz edebildiler. Codetta, bilim insanlarının kod kırma yeteneğini önemli ölçüde ölçeklendirerek ekibin neredeyse bilinen tüm bakterileri ve arkebakterileri (250.000'den fazla genom) yeni genetik kodlar için sistematik olarak taramasına izin veriyor. Araştırmaya dahil olmayan University College Dublin'de evrimsel bir genetikçi olan Ken Wolfe, yeni yöntemin önceki çabalardan daha hızlı, daha titiz ve daha kapsamlı olduğunu söyledi. "Bakteriler ve arkeler için mevcut olan her genoma baktılar.”

Genbank'taki 250.000'den fazla bakteri ve arkeal genom dizisindeki genetik kodu inceleyen Shulgina ve Eddy, bakterilerdeki ilk duyu kodon değişikliklerini temsil eden beş yeni arginin kodonu (AGG, CGA ve CGG) yeniden atamasını keşfetti. Eddy, Shulgina'nın yeni kodlarının “doğrudan ders kitaplarına girdiğini” söyledi. Codetta bir genom okur, daha sonra muhtemel bir genetik kodu hesaplamak için bilinen proteinlerin bir veritabanına girer. "Benim yöntemim, proteinlerin neye benzemesi beklendiği hakkında çok şey bilinmesinden yararlanıyor" dedi. Program, belirli bir genom dizisindeki hangi üç harfli kümelerin hangi amino asitlere karşılık geldiğini bulmak için bu bilgileri kullanabilir.

Analizleri bazı sürprizler ortaya çıkardı. Ekip, amino asit arginin kodunun farklı bir amino aside yeniden atandığı beş örneği keşfetti. Sonuçlar, bilim insanlarının bakterilerde böyle bir değişimi ilk kez gördüklerini göstermektedir. Büyük soru, Shulgina'ya göre, arginin kodunun neden bu kadar sık değiştirildiğidir. Bu, yeni kodlar oluşturmaktan sorumlu evrimsel güçlere işaret edebilir.

Yazarlar, ekilmemiş bir Basil kümesinde, “AGG’nin baskın metiyonin kodonu haline gelmesinin, muhtemelen bir arginin tRNA’nın amino asit yükündeki bir değişiklikle evrimleştiğini yazıyor. CGA ve/veya CGG’nin yeniden atanmaları, düşük GC içeriğine sahip genomlarda bulundu; bu, muhtemelen bu kodonları düşük frekansa yönlendirmeye ve yeniden atanmalarını sağlamaya yardımcı olan evrimsel bir güçtü.”

Çalışmanın pratik sonuçları hemen ortaya çıkıyor: Serbestçe kullanılabilen Codetta'yı kullanan bilim insanları, bir organizmanın hangi proteinleri yaptığını doğru bir şekilde tahmin edebilecekler. Ancak program daha kapsamlı biyolojik anlayışların da kilidini açabilir.

Kaynaklar ve İleri Okuma

1. https://www.genengnews.com/news/new-genetic-codes-discovered-by-scanning-250000-genomes/

2. https://elifesciences.org/articles/71402

3. Görsel Kaynak: metamorworks/Getty Images