Celler tar ett antal komplicerade steg för att översätta sin sekvens av grundläggande DNA-byggstenar till proteiner, som sedan fungerar som arbetshästar för att utföra livets vitala funktioner. Eftersom många olika proteiner kodas på en enda DNA-sträng använder cellen markörer för att veta när den ska börja och sluta tillverka ett protein.
Många läroböcker i biologi säger att startmarkören, som kallas startkodon, alltid kodar för en förening som kallas metionin. Men William Duax, strukturbiolog vid State University of New York i Buffalo, säger att ny forskning från hans grupp tyder på att läroböckerna kan ha fel. Han kommer att presentera forskningen vid det 66:e årsmötet för American Crystallographic Association, som äger rum den 22-26 juli i Denver, Colorado.
”Vi har gott om bevis för att hundratals av de äldsta ribosomala proteinerna fortfarande börjar med en valin- eller leucin-kod och att de inte har kodonet för metionin i DNA:t”, sade Duax, och syftade på de proteiner som finns i de grundläggande cellkomponenterna, som kallas ribosomer. ”Vi har funnit otvetydiga bevis för att de tidigaste arterna på jorden fortfarande använder en primitiv form av den genetiska koden som bara består av hälften av de 64 standardkodonerna”, sade han.
Resultaten strider mot en allmänt spridd uppfattning bland biologer. ”Det finns betydande fel i läroböcker. Den universella koden är inte universell och alla arter som nu finns på jorden använder inte en kod ”frusen i tiden” som Watson och Crick hävdar”, sade Duax. ”Vissa grundläggande antaganden om evolutionen är felaktiga.” Duax noterade också att resultaten väcker frågor om vissa aspekter av en hypotes om livets uppkomst, kallad RNA-världen, som hävdar att RNA, som liknar DNA och fortfarande används i celler, var det första genetiska materialet.
Duax och hans team fick sina resultat genom att finkamma en databas som innehåller sekvenser av mer än 90 miljoner gener. Generna kodar för proteiner och forskarna använde sig av nya tekniker för att noggrant identifiera alla medlemmar i varje proteinfamilj och skilja dem från alla andra familjer som har förblivit oförändrade under 3 miljarder år.
Forskarteamet utvecklade program för att påskynda den fullständiga insamlingen och den perfekta anpassningen av proteinfamiljer som har 25 000 medlemmar och som omfattar alla arter för vilka genomer finns rapporterade. Utifrån dessa perfekta anpassningar kunde forskarna identifiera den exakta placeringen och funktionen av de mest bevarade resterna i anpassningen, det vill säga de proteiner som har förblivit desamma under längst tid. Från dessa ursprungliga proteiner fann forskarna bevis för att de äldsta proteinerna inte startar på standardmässigt sätt eller använder många av de andra delarna av standardkoderna för att skapa proteiner.
Kanske lika överraskande som forskningen och dess resultat är det sätt på vilket Duax hjälpte till att finansiera sin forskning. Han utvecklade en tre veckors sommarskola i molekylär bioinformatik och evolution för högt motiverade gymnasieelever. Under de senaste sex somrarna har han utbildat mer än 220 elever i att spåra ursprunget och utvecklingen av proteinsammansättning och veckning, av alla cellarter och av den genetiska koden.
Förutom att förändra vårt sätt att se på genetisk kodning och skriva om läroböcker har Duax arbete tillämpningar inom genetiska terapier som utnyttjar strukturella detaljer hos bakterier för att utveckla terapier som är selektiva och har färre bieffekter.
Nästa steg för forskargruppen är att publicera resultaten av sitt arbete och få feedback från andra forskare.
”Några av mina studenter har varit med i programmet i tre år och är redan utrustade för att förbereda manuskript för inlämning till tidskrifter inom molekylär evolution och strukturvetenskap”, säger Duax. Teamet har dock bara börjat.