カリフォルニア大学バークレー校の研究者らが、標準的な終止コドンを2通りに解釈するメタン生成古細菌を特定し、生物学の核心原則に挑戦した。この微生物、Methanosarcina acetivoransは、タンパク質合成を止める代わりにピロリシンというアミノ酸を時折添加する。この柔軟性は人間の健康に関連する化合物の代謝を助ける可能性がある。
遺伝暗号は、3文字のコドンを通じてDNAをタンパク質に翻訳するもので、長らく正確だと見なされてきた。各コドンは特定の必須アミノ酸を指定するか、タンパク質鎖の終わりを示す。しかし、UC Berkeleyの分子細胞生物学助教授Dipti Nayak氏が率いる研究は、Methanosarcina acetivoransというメタン生成古細菌に例外があることを明らかにした。 この生物では、通常終止信号であるUAGコドンが、タンパク質構築を終了させるか、標準20種を超える21番目のアミノ酸であるピロリシンを組み込むかのいずれかとなる。これにより、同じ遺伝配列から条件（ピロリシンの利用可能性など）に応じて2つの可能なタンパク質が生じる。アミノ酸が豊富な場合、UAGはピロリシンとして読まれる可能性が高く、不足時は終止として機能する。この微生物の200～300遺伝子にUAGが含まれ、適応的なタンパク質変異を可能にする可能性がある。 「客観的に言えば、遺伝暗号の曖昧さは有害であるはずだ。ランダムなタンパク質プールが生じるからだ」とNayak氏は、Proceedings of the National Academy of Sciencesに掲載された研究で述べた。「しかし、生物系は我々が思うより曖昧であり、その曖昧さは実は特徴であって、バグではない。」 この発見は、Nayak氏と元大学院生のKatie Shalvarjian氏（現在Lawrence Livermore National Laboratory在籍）による古細菌の調査に由来する。彼らは、人間腸や環境中に見られるメチルアミンなどのメチル化アミンを消費するメタン生成古細菌にピロリシン生成機構が広く存在することを指摘した。 これらの微生物は、メチルアミンを分解することで健康に寄与し、赤身肉消化の副産物で心血管疾患に関連するトリメチルアミンN-オキシドの形成を減少させる。この発見は治療的可能性も示唆する。遺伝性疾患の約10%、嚢胞性線維症やデュシェンヌ型筋ジストロフィーなどを含め、早期終止コドンを伴う。「漏れ」のある終止であるUAGは、症状緩和のための部分タンパク質産生を可能にするかもしれない。 「UAGコドンは道の分岐点のようなもので、終止コドンまたはピロリシン残基として解釈される」とShalvarjian氏は説明した。具体的な配列トリガーは特定されず、解釈は確率的である。 Searle Scholars Programなどの助成金で支援されたこの研究には、UC BerkeleyとCalifornia Institute of Technologyの共同著者が参加した。2025年にDOI: 10.1073/pnas.2517473122で掲載された。
