یک آزمایش معمولی برای آزمایش محدودیتهای توالییابی DNA تکسلولی، به کشفی خیرهکننده منجر شد: موجودی میکروسکوپی در یک حوضچه در پارکهای دانشگاه آکسفورد از کد ژنتیکی به روشی استفاده میکند که تا پیش از این دیده نشده بود. این کشف غیرمنتظره، فرضیات دیرینه درباره ترجمه ژنتیکی را به چالش میکشد و نشان میدهد طبیعت بسیار انعطافپذیرتر و اسرارآمیزتر از تصورات ماست.
یک ارگانیسم کوچک با یک شگفتی ژنتیکی بزرگ
دکتر جیمی مکگوآن، دانشمند فوقدکترا در مؤسسه ارلهام، مشغول مطالعه ژنوم یک پروتیست جمعآوریشده از آب شیرین بود. هدف عملی بود: آزمایش یک خط لوله توالییابی DNA که بتواند با مقادیر بسیار کم DNA، حتی از یک سلول، کار کند. اما در عوض، تیم با یک نمونه ژنتیکی کاملاً غیرمنتظره روبهرو شد.
ارگانیسم که Oligohymenophorea sp. PL0344 نام گرفت، مشخص شد که یک گونه ناشناخته با تغییری نادر در نحوه خواندن دستورالعملهای DNA و ساخت پروتئینها است. مطالعه منتشرشده در PLOS Genetics گزارش میدهد که دو کدون که معمولاً سیگنالهای توقف ژن هستند، به اسیدهای آمینه متفاوت اختصاص یافتهاند؛ ترکیبی که محققان آن را «بیسابقه» توصیف میکنند.
«این صرفاً شانس بود که ما این پروتیست را برای آزمایش خط لوله توالییابی خود انتخاب کردیم، و این فقط نشان میدهد چه چیزهایی در بیرون وجود دارد و چقدر درباره ژنتیک پروتیستها اطلاعات کمی داریم.»
پروتیستها گروه بسیار متنوعی از موجودات یوکاریوتی هستند که جانور، گیاه یا قارچ نیستند. از آمیبها و جلبکها گرفته تا کلپ و کپکهای لجنی را شامل میشوند. Oligohymenophorea sp. PL0344 به گروه مژکداران تعلق دارد، پروتیستهای شناگری که در بسیاری از محیطهای آبی یافت میشوند و برای ژنتیکدانان به دلیل تغییرات کد ژنتیکی شان بسیار جذاب هستند.
وقتی علائم توقف ژنتیکی معنا را تغییر میدهند
در بیشتر موجودات زنده، سه کدون توقف به سلول میگویند که یک ژن کجا به پایان میرسد: TAA، TAG و TGA. این کدونها مانند علائم نگارشی در دستورالعملهای ژنتیکی عمل میکنند و سیگنال توقف ساخت پروتئین را میدهند. کد ژنتیکی معمولاً «تقریباً جهانی» توصیف میشود، زیرا بیشتر موجودات از قوانین پایه یکسانی استفاده میکنند. تغییرات نادر هستند و در موارد شناختهشده، TAA و TAG معمولاً با هم تغییر میکنند و به یک اسید آمینه یکسان تبدیل میشوند.
اما این ارگانیسم کار متفاوتی انجام داده است. در Oligohymenophorea sp. PL0344، تنها TGA به عنوان کدون توقف عمل میکند. دو سیگنال دیگر تغییر کاربری دادهاند: TAA به اسید آمینه لایزین و TAG به اسید گلوتامیک تبدیل شده است. محققان همچنین کدونهای TGA بیشتری از حد انتظار یافتند که احتمالاً برای جبران از دست دادن دو سیگنال توقف دیگر است. دکتر مکگوآن توضیح میدهد: «تقریباً در هر مورد دیگری که میشناسیم، TAA و TAG به طور همزمان تغییر میکنند و هر کدام اسید آمینه یکسانی را مشخص میکنند. اما اینجا اینطور نیست.»
پیامدهای این کشف
این کشف نشان میدهد که ترجمه ژنتیکی بسیار انعطافپذیرتر از آن است که تصور میشد. یافتن گونهای که دو کدون توقف را به طور مستقل به اسیدهای آمینه متفاوت تبدیل کرده، تصورات قبلی از تکامل کد ژنتیکی را به چالش میکشد. این موضوع همچنین میتواند روی درک ما از تکامل حیات و حتی جستجوی حیات در فرازمینیها تأثیر بگذارد.
دانشمندان اکنون در حال بررسی این هستند که آیا چنین تغییراتی در سایر پروتیستها نیز رخ میدهد یا خیر. این کشف تصادفی درِ یک حوزه کاملاً جدید از تحقیقات ژنتیکی را گشوده است؛ شاید طبیعت همچنان شگفتیهای بیشتری برای فاش کردن داشته باشد.
