Cellen nemen een aantal ingewikkelde stappen om hun opeenvolging van DNA-basisbouwstenen te vertalen in eiwitten, die vervolgens fungeren als werkpaarden om de vitale functies van het leven uit te voeren. Omdat veel verschillende eiwitten op een enkele DNA-streng worden gecodeerd, gebruikt de cel markers om te weten wanneer hij moet beginnen en stoppen met het maken van een eiwit.
In veel leerboeken over biologie staat dat de startmarker, een startcodon genaamd, altijd codeert voor een verbinding die methionine wordt genoemd. Maar William Duax, een structuurbioloog aan de State University van New York in Buffalo, zegt dat nieuw onderzoek door zijn team suggereert dat de tekstboeken het mis zouden kunnen hebben. Hij zal het onderzoek presenteren op de 66e jaarlijkse bijeenkomst van de American Crystallographic Association, help 22-26 juli in Denver, Colorado.
“We hebben ruim bewijs dat honderden van de oudste ribosomale eiwitten nog steeds beginnen met een valine of een leucine code en niet het codon voor methionine in het DNA hebben,” zei Duax, verwijzend naar eiwitten die worden gevonden in basiscelcomponenten die ribosomen worden genoemd. “We hebben ondubbelzinnig bewijs gevonden dat de vroegste soorten op aarde nog steeds een primitieve vorm van de genetische code gebruiken die slechts bestaat uit de helft van de standaard 64 codons,” zei hij.
De resultaten zijn in tegenspraak met een wijdverbreide overtuiging onder biologen. “Er staan belangrijke fouten in de leerboeken. De universele code is niet universeel en alle soorten die nu op aarde leven gebruiken geen code “bevroren in de tijd” zoals beweerd door Watson en Crick,” zei Duax. “Sommige basisaannames over evolutie zijn onjuist.” Duax merkte ook op dat de resultaten vragen oproepen over sommige aspecten van een hypothese over de oorsprong van het leven, genaamd de RNA-wereld, die stelt dat RNA, dat vergelijkbaar is met DNA en nog steeds wordt gebruikt in cellen, het eerste genetische materiaal was.
Duax en zijn team verkregen hun resultaten door het doorkammen van een database die de sequenties van meer dan 90 miljoen genen bevat. De genen coderen voor eiwitten en de onderzoekers gebruikten nieuwe technieken om alle leden van elke familie van eiwitten nauwkeurig te identificeren en te onderscheiden van alle andere families die gedurende 3 miljard jaar onveranderd zijn gebleven.
Het onderzoeksteam ontwikkelde programma’s om de volledige vastlegging en perfecte uitlijning van families van eiwitten met 25.000 leden en die alle soorten omvatten waarvan de genomen zijn gerapporteerd, te bespoedigen. Aan de hand van deze perfecte uitlijningen konden de onderzoekers de precieze plaats en functie bepalen van de meest geconserveerde residuen in de uitlijning, d.w.z. de eiwitten die het langst hetzelfde zijn gebleven. Uit deze oereiwitten vonden de onderzoekers bewijs dat de oudste eiwitten niet op de standaardmanier beginnen of veel van de andere onderdelen van de standaardcodes voor het maken van eiwitten gebruiken.
Misschien wel even verrassend als het onderzoek en de bevindingen is de manier waarop Duax zijn onderzoek heeft helpen financieren. Hij ontwikkelde een drieweekse zomerschool in moleculaire bio-informatica en evolutie voor zeer gemotiveerde middelbare scholieren. In de afgelopen zes zomers heeft hij meer dan 220 studenten opgeleid om de oorsprong en evolutie van de eiwitsamenstelling en -vouwing, van alle celsoorten en van de genetische code te traceren.
Naast het veranderen van de manier waarop we naar genetische codering kijken en het herschrijven van leerboeken, heeft het werk van Duax toepassingen in genetische therapieën die gebruik maken van structurele details van bacteriën om therapieën te ontwikkelen die selectief zijn en minder bijwerkingen hebben.
De volgende stap voor het onderzoeksteam is om de resultaten van hun werk te publiceren en feedback van andere onderzoekers te ontvangen.
“Sommige van mijn studenten zitten al drie jaar in het programma en zijn al uitgerust om manuscripten voor te bereiden voor indiening bij tijdschriften in moleculaire evolutie en structurele wetenschap,” zei Duax. Het team is echter nog maar net begonnen.