지구의 생명은 아마존의 사슴을 사슴으로 사냥하는 재규어, 콩고의 나무 주위에 나선형 포도 나무, 캐나다의 끓는 온천에서 자라는 원시적 세포, 또는 월스트리트에서 커피를 마시는 주식 중개인이든, 유전자 수준에서 같은 규칙에 따라 재생되는 것과 같은 규칙에 따라 매우 다양합니다. 4 개의 화학 문자 또는 뉴클레오티드 염기는 코돈이라는 64 개의 3 글자 "단어"를 철자하며, 각각은 20 개의 아미노산 중 하나를 나타냅니다. 아미노산이 이러한 암호화 된 지시에 따라 함께 묶을 때, 이들은 각 종의 단백질 특성을 형성합니다. 몇 가지 모호한 예외만으로 모든 게놈은 정보를 동일하게 인코딩합니다.
그러나 지난 달 elife 에 발표 된 새로운 연구에서 , 매사추세츠 기술 연구소 및 예일 대학의 연구원들은이 시간이 지남에 따라이 규칙 중 하나를 조정하고 더 긴 코돈 단어를 중심으로 구축 된보다 광범위하고 완전히 새로운 유전자 코드를 만들 수 있음을 보여주었습니다. 원칙적으로, 그들의 발견은 유전자 코드를 합성 생물 학자들이 본질적으로 아무데도 발견되지 않는 새로운 생화학으로 세포를 만들기 위해 사용할 수있는보다 다재다능한 시스템으로 유전자 코드를 확장하는 여러 가지 방법 중 하나를 가리 킵니다. 그러나이 연구는 또한 확장 된 유전자 코드가 자체 복잡성에 의해 방해를 받고, 어떤면에서는 덜 효율적이며 놀랍게도 능력이 덜 가능하다는 것을 보여 주었다.
우주의 다른 곳에서의 삶이 어떻게 인코딩 될 수 있는지에 대한 이러한 발견이 무엇을 의미하는지는 확실하지 않지만, 우리 자신의 유전자 코드는 너무 복잡하거나 너무 제한적이지 않다고 진화했음을 의미하며, 그 후 Francis Crick이“Frozen Accident”라고 불렀던 것처럼 수십억 년 동안 생명을 지배했습니다. 자연은이 Goldilocks 코드를 선택했다고 저자들은 다른 코드는 달성 할 수 없기 때문에 간단하고 충분했기 때문에
.예를 들어, 4 글자 (4 중) 코돈을 사용하면 64가 아니라 256 개의 독특한 가능성이 있으며, 이는 20 개 이상의 아미노산과 천문학적으로 더 다양한 단백질을 암호화 할 수있는 기회를 열 수 있기 때문에 생명에 유리한 것처럼 보일 수 있습니다. 이전의 합성 생물학 연구와 본질적으로 드문 예외조차도 때때로 몇 개의 4 배가 코돈으로 유전자 코드를 늘릴 수 있음을 보여 주었지만 지금까지는 아무도 정상적인 삼중 항 코돈과 어떻게 비교되는지를 알기 위해 완전히 4 배가 유전자 시스템을 만드는 데 아무도 다루지 않았습니다.
.“이것은 그 질문을 진심으로 묻는 연구였습니다.
자연에서 확장
4 배가 코돈 유전자 코드를 테스트하기 위해 Debendictis와 그녀의 동료들은 인생에서 가장 근본적인 생화학 중 일부를 수정해야했습니다. 세포가 단백질을 만들 때, 유전자 정보의 스 니펫은 먼저 메신저 RNA (mRNA)의 분자로 전사됩니다. 리보솜이라고 불리는 소기관은 이들 mRNA의 코돈을 읽고 전이 RNA (TRNA) 분자에서 보완적인 "항-코돈"과 일치 시키며, 각각은 꼬리에 고유하게 지정된 아미노산을 운반한다. 리보솜은 아미노산을 성장 사슬에 연결하여 결국 기능성 단백질로 접 힙니다. 일단 그들의 작업이 완료되고 단백질이 번역되면, mRNA는 재활용을 위해 분해되고 소비 된 TRNA는 신타 효소 효소에 의해 아미노산으로 재 장전됩니다.
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연구원들은 대장균에서 TRNA를 조정했다 세균성이 4 배가 된 세균성. e의 유전자를 적용한 후. coli 다양한 돌연변이에, 그들은 세포가 4 배가 코드를 성공적으로 번역 할 수 있는지 여부를 테스트했으며, 그러한 번역이 독성 효과 또는 체력 결함을 유발할 것인지 테스트했습니다. 그들은 모든 변형 된 TRNA가 4 배가 코돈에 결합 할 수 있음을 발견했는데, 이는“이 큰 코돈 크기로 번역을하는 데 생물 물리적으로 잘못된 것은 없다”고 말했다.
그러나 그들은 또한 신테 타제가 4 배가 안티 코돈 중 20 개 중 9 개만 인식 했으므로 나머지는 새로운 아미노산으로 재충전 할 수 없다는 것을 발견했습니다. Debendictis는 2 차 코돈으로 번역 할 수있는 9 개의 아미노산을 가지고 있으면“많은 것”이라고 Debendictis는 말했다. "자연이 일할 필요가없는 것은 많은 아미노산입니다." 그러나 11 개의 필수 아미노산을 번역 할 수 없다는 것이 인생이 연주 해야하는 화학 어휘를 엄격하게 제한하기 때문에.
더욱이, 많은 4 배가 코드 번역은 비효율적이었고, 일부는 세포의 성장에 해를 끼쳤다. 주요 피트니스 이점이 없다면, 자연이 더 복잡한 코드를 선택했을 가능성은 거의 없다. 저자들은 자연이 4 배가 코드를 선택하지 않은 이유는 달성 할 수 없었기 때문이 아니라 삼중 항 코드가 간단하고 충분했기 때문이라고 결론을 내 렸습니다. 결국, 생명이 20 개의 아미노산 레퍼토리를 확장하는 데 필요한 삶에 있어도 기존 64 개의 코돈 내에는 여전히 많은 공간이 있습니다.
삼중 항 코돈은 지구상에서 잘 작동하지만 다른 곳에서는 사실인지는 확실하지 않습니다. 우주의 삶은 화학이나 코딩에서 크게 다를 수 있습니다. Stanford University의 생물 공학 부교수이자 Biobricks Foundation의 회장 인 Drew Endy는 유전자 규범은“아마도 펩티드 생화학에 대한 유도체 및 복종”이라고 말했다. 지구보다 더 복잡한 환경에서, 삶은 4 배가 코돈으로 인코딩되어야 할 수도 있지만, 훨씬 간단한 환경에서는 인생이 단순한 더블릿 코돈으로 일할 수 있습니다. 즉, 코돈을 전혀 사용하는 경우
우리의 지구 나 다른 사람들에게 삶이 어떻게 인코딩 되더라도 논문의 실제 영향은 이제 우리는“쿼드 코드 유기체를 만드는 것이 완전히 가능하다”는 것을 알고 있으며, 그 결과는 그것이 간단 할 것이라고 제안했다. 한 연구에서 그들은 거의 반쯤 일하는 것과 반쯤 덧붙였다. 그는“무한히 놀라운 성취”라고 덧붙였다.
모든 사람이 쿼드 코딩 된 생명체를 만드는 것이 간단하다는 데 동의하지는 않습니다. 생명 공학 회사 인 Synthorx를 공동 창립 한 합성 생물 학자 Floyd Romesberg는“그들이 보여주는 것은 쉽지 않다고 생각하지는 않지만 불가능하지 않으며 흥미 롭다는 것을 보여줍니다. 더 잘 작동하지 않는 일을하는 것을 얻는 것은 불가능한 일을하는 것보다“매우, 매우 다른 게임”입니다.
Debendictis는 진정한 4 배가 코드를 잘 작동시키는 데 얼마나 많은 노력이 필요한지는 공개적인 질문이라고 말했다. 그녀는 또한 당신이 더 큰 코드로 잘 작동하기 위해 많은 번역 기계를 리엔지니어링해야 할 것이라고 생각합니다. 그녀와 그녀의 팀은 엔지니어링 된 TRNA에 여분의 "꼬리"를 추가함으로써 자신의 작업을 다음 단계로 가져 오기를 희망하여 혼자서 작동하도록 설계된 리보솜 세트와 상호 작용할 수 있도록합니다. 시스템의 트리플렛 코딩 측면과의 경쟁을 줄임으로써 번역 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
삼중 항 코드에서 경쟁을 극복하는 것은 항상 큰 도전이 될 것이라고 덧붙였다. 이미 잘 작동하기 때문에 확고한 경쟁
