Les cellules prennent un certain nombre d’étapes compliquées pour traduire leur séquence de blocs de construction de base de l’ADN en protéines, qui agissent ensuite comme des chevaux de trait pour réaliser les fonctions vitales de la vie. Comme de nombreuses protéines différentes sont codées sur un seul brin d’ADN, la cellule utilise des marqueurs pour savoir quand commencer et arrêter la fabrication d’une protéine.
De nombreux manuels de biologie disent que le marqueur de départ, appelé codon de départ, code toujours pour un composé appelé méthionine. Pourtant, William Duax, biologiste structurel à l’Université d’État de New York à Buffalo, affirme que de nouvelles recherches menées par son équipe suggèrent que les manuels pourraient avoir tort. Il présentera ces recherches lors de la 66e réunion annuelle de l’American Crystallographic Association, qui se tiendra du 22 au 26 juillet à Denver, dans le Colorado.
« Nous avons de nombreuses preuves que des centaines de protéines ribosomiques les plus anciennes commencent toujours par un code de valine ou de leucine et n’ont pas le codon de la méthionine dans l’ADN », a déclaré Duax, faisant référence aux protéines trouvées dans les composants cellulaires de base appelés ribosomes. « Nous avons trouvé des preuves sans équivoque que les premières espèces sur terre utilisent encore une forme primitive du code génétique composée seulement de la moitié des 64 codons standard », a-t-il ajouté.
Les résultats contredisent une croyance largement répandue parmi les biologistes. « Il y a des erreurs importantes dans les manuels scolaires. Le code universel n’est pas universel et toutes les espèces actuellement sur terre n’utilisent pas un code « figé dans le temps » comme le prétendent Watson et Crick », a déclaré Duax. « Certaines hypothèses de base sur l’évolution sont incorrectes ». Duax a également noté que les résultats soulèvent des questions sur certains aspects d’une hypothèse sur les origines de la vie, appelée le monde de l’ARN, qui postule que l’ARN, qui est similaire à l’ADN et est toujours utilisé dans les cellules, était le premier matériel génétique.
Duax et son équipe ont obtenu leurs résultats en passant au peigne fin une base de données qui contient les séquences de plus de 90 millions de gènes. Les gènes codent pour des protéines et les chercheurs ont utilisé de nouvelles techniques pour identifier avec précision tous les membres de chaque famille de protéines et les distinguer de toutes les autres familles qui sont restées inchangées pendant 3 milliards d’années.
L’équipe de recherche a développé des programmes pour accélérer la saisie complète et l’alignement parfait de familles de protéines ayant 25 000 membres et englobant toutes les espèces pour lesquelles des génomes sont rapportés. À partir de ces alignements parfaits, les chercheurs ont pu identifier l’emplacement précis et la fonction des résidus les plus conservés dans l’alignement, c’est-à-dire les protéines qui sont restées les mêmes pendant la plus longue période de temps. A partir de ces protéines primordiales, les chercheurs ont trouvé des preuves que les protéines les plus anciennes ne commencent pas de la manière standard ou n’utilisent pas beaucoup d’autres parties des codes standard pour la fabrication des protéines.
Peut-être aussi surprenant que la recherche et ses résultats est la façon dont Duax a aidé à financer sa recherche. Il a mis au point un cours d’été de trois semaines sur la bioinformatique moléculaire et l’évolution pour des lycéens très motivés. Au cours des six derniers étés, il a formé plus de 220 étudiants à retracer l’origine et l’évolution de la composition et du repliement des protéines, de toutes les espèces cellulaires et du code génétique.
En plus de changer la façon dont nous regardons le codage génétique et de réécrire les manuels scolaires, le travail de Duax a des applications dans les thérapies génétiques qui exploitent les détails structurels des bactéries pour développer des thérapies qui sont sélectives et ont moins d’effets secondaires.
La prochaine étape pour l’équipe de recherche est de publier les résultats de leurs travaux et de recevoir des commentaires d’autres chercheurs.
« Certains de mes étudiants sont dans le programme depuis trois ans et sont déjà équipés pour préparer des manuscrits à soumettre aux revues d’évolution moléculaire et de science structurelle », a déclaré Duax. Cependant, l’équipe ne fait que commencer.