Le cellule compiono una serie di passi complicati per tradurre la loro sequenza di elementi base del DNA in proteine, che poi agiscono come cavalli da tiro per svolgere le funzioni vitali della vita. Poiché molte proteine diverse sono codificate su un singolo filamento di DNA, la cellula usa dei marcatori per sapere quando iniziare e smettere di produrre una proteina.
Molti libri di testo di biologia dicono che il marcatore iniziale, chiamato codone iniziale, codifica sempre per un composto chiamato metionina. Eppure William Duax, un biologo strutturale presso la State University of New York a Buffalo, dice che una nuova ricerca del suo team suggerisce che i libri di testo potrebbero essere sbagliati. Egli presenterà la ricerca al 66° incontro annuale dell’American Crystallographic Association, aiuto 22-26 luglio a Denver, Colorado.
“Abbiamo ampie prove che centinaia delle più antiche proteine ribosomiali iniziano ancora con un codice di valina o leucina e non hanno il codone per la metionina nel DNA,” ha detto Duax, riferendosi alle proteine trovate nei componenti cellulari di base chiamati ribosomi. “Abbiamo trovato prove inequivocabili che le prime specie sulla terra stanno ancora utilizzando una forma primitiva del codice genetico che consiste solo della metà dei 64 codoni standard”, ha detto.
I risultati sono in contraddizione con una credenza ampiamente diffusa tra i biologi. “Ci sono errori significativi nei libri di testo. Il codice universale non è universale e tutte le specie ora sulla terra non usano un codice “congelato nel tempo” come sostenuto da Watson e Crick”, ha detto Duax. “Alcune ipotesi di base sull’evoluzione non sono corrette”. Duax ha anche notato che i risultati sollevano domande su alcuni aspetti di un’ipotesi sulle origini della vita, chiamata il mondo RNA, che postula che l’RNA, che è simile al DNA ed è ancora usato nelle cellule, sia stato il primo materiale genetico.
Duax e il suo team hanno ottenuto i loro risultati setacciando un database che contiene le sequenze di più di 90 milioni di geni. I geni codificano proteine e i ricercatori hanno usato nuove tecniche per identificare accuratamente tutti i membri di ogni famiglia di proteine e distinguerli da tutte le altre famiglie che sono rimaste invariate per 3 miliardi di anni.
Il team di ricerca ha sviluppato programmi per accelerare la cattura completa e l’allineamento perfetto di famiglie di proteine che hanno 25.000 membri e comprendono tutte le specie per le quali sono riportati i genomi. Da questi allineamenti perfetti i ricercatori hanno potuto identificare la posizione precisa e la funzione dei residui più conservati nell’allineamento, cioè le proteine che sono rimaste le stesse per il più lungo periodo di tempo. Da queste proteine primordiali i ricercatori hanno trovato la prova che le proteine più antiche non iniziano nel modo standard o usano molte delle altre parti dei codici standard per fare le proteine.
Forse sorprendente quanto la ricerca e i suoi risultati è il modo in cui Duax ha aiutato a finanziare la sua ricerca. Ha sviluppato una scuola estiva di tre settimane in bioinformatica molecolare ed evoluzione per studenti delle scuole superiori altamente motivati. Nelle ultime sei estati ha formato più di 220 studenti per tracciare l’origine e l’evoluzione della composizione e del ripiegamento delle proteine, di tutte le specie cellulari e del codice genetico.
Oltre a cambiare il nostro modo di guardare alla codifica genetica e riscrivere i libri di testo, il lavoro di Duax ha applicazioni nelle terapie genetiche che sfruttano i dettagli strutturali dei batteri per sviluppare terapie che sono selettive e hanno meno effetti collaterali.
Il prossimo passo per il team di ricerca è quello di pubblicare i risultati del loro lavoro e ricevere un feedback da altri ricercatori.
“Alcuni dei miei studenti sono stati nel programma per tre anni e sono già attrezzati per preparare manoscritti da presentare a riviste di evoluzione molecolare e scienza strutturale”, ha detto Duax. Tuttavia, il team è solo all’inizio.