Celler tager en række komplicerede skridt for at omsætte deres sekvens af grundlæggende DNA-byggeklodser til proteiner, som derefter fungerer som arbejdsheste til at udføre livets vitale funktioner. Da mange forskellige proteiner er kodet på en enkelt DNA-streng, bruger cellen markører til at vide, hvornår den skal starte og stoppe fremstillingen af et protein.
I mange lærebøger i biologi står der, at startmarkøren, kaldet et startkodon, altid koder for en forbindelse kaldet methionin. Men William Duax, der er strukturbiolog ved State University of New York i Buffalo, siger, at ny forskning fra hans hold tyder på, at lærebøgerne kan være forkerte. Han vil præsentere forskningen på det 66. årsmøde for American Crystallographic Association, der finder sted den 22.-26. juli i Denver, Colorado.
“Vi har rigeligt bevis for, at hundredvis af de ældste ribosomale proteiner stadig starter med en valin- eller leucin-kode og ikke har kodonet for methionin i DNA’et”, sagde Duax og henviste til proteiner, der findes i basale cellekomponenter kaldet ribosomer. “Vi har fundet utvetydige beviser for, at de tidligste arter på jorden stadig bruger en primitiv form af den genetiske kode, der kun består af halvdelen af de 64 standardkodoner,” sagde han.
Resultaterne er i modstrid med en udbredt opfattelse blandt biologer. “Der er betydelige fejl i lærebøgerne. Den universelle kode er ikke universel, og alle arter, der nu findes på jorden, bruger ikke en kode, der er “frosset i tiden”, som Watson og Crick hævder,” sagde Duax. “Nogle grundlæggende antagelser om evolution er forkerte.” Duax bemærkede også, at resultaterne rejser spørgsmål om nogle aspekter af en hypotese om livets oprindelse, kaldet RNA-verdenen, som går ud fra, at RNA, som ligner DNA og stadig bruges i celler, var det første genetiske materiale.
Duax og hans hold opnåede deres resultater ved at finkæmme en database, der indeholder sekvenserne af mere end 90 millioner gener. Generne koder for proteiner, og forskerne brugte nye teknikker til præcist at identificere alle medlemmer af hver enkelt familie af proteiner og skelne dem fra alle andre familier, der er forblevet uændrede i 3 milliarder år.
Forskerholdet udviklede programmer til at fremskynde den fuldstændige registrering og perfekte tilpasning af familier af proteiner med 25.000 medlemmer og omfattende alle arter, for hvilke der er rapporteret genomer. Ud fra disse perfekte tilpasninger kunne forskerne identificere den præcise placering og funktion af de mest bevarede rester i tilpasningen, dvs. de proteiner, der er forblevet de samme i længst tid. Fra disse ur-proteiner fandt forskerne beviser for, at de ældste proteiner ikke starter på standardmåden eller bruger mange af de andre dele af standardkoderne til fremstilling af proteiner.
Måske lige så overraskende som forskningen og dens resultater er den måde, hvorpå Duax hjalp med at finansiere sin forskning. Han udviklede en tre ugers sommerskole i molekylær bioinformatik og evolution for højt motiverede gymnasieelever. I de seneste seks somre har han uddannet mere end 220 studerende i at spore oprindelsen og udviklingen af proteinsammensætningen og -foldningen, af alle cellearter og af den genetiske kode.
Ud over at ændre den måde, vi ser på genetisk kodning, og omskrive lærebøgerne, har Duax’ arbejde anvendelser i genetiske terapier, der udnytter strukturelle detaljer i bakterier til at udvikle terapier, der er selektive og har færre bivirkninger.
Det næste skridt for forskerholdet er at offentliggøre resultaterne af deres arbejde og modtage feedback fra andre forskere.
“Nogle af mine studerende har været på programmet i tre år og er allerede udstyret til at forberede manuskripter til indsendelse til tidsskrifter inden for molekylær evolution og strukturvidenskab,” siger Duax. Holdet er dog kun lige begyndt.