Forskare vid University of California, Berkeley har identifierat en metanproducerande arké som tolkar en standard stoppkodon på två sätt, vilket utmanar en kärnprincip inom biologi. Mikroben, Methanosarcina acetivorans, lägger ibland till en aminosyra kallad pyrrolysine istället för att stoppa proteinsyntesen. Denna flexibilitet kan underlätta nedbrytning av föreningar kopplade till mänsklig hälsa.
Den genetiska koden, som översätter DNA till proteiner via tre bokstävers kodoner, har länge betraktats som exakt, där varje kodon styr en specifik aminosyra eller signalerar slutet på en proteinkedja. Ett studie ledd av Dipti Nayak, biträdande professor i molekylär och cellbiologi vid UC Berkeley, avslöjar dock ett undantag hos Methanosarcina acetivorans, en arké som producerar metan. Hos denna organism kan UAG-kodonet – vanligtvis en stoppsignal – antingen avsluta proteinbygget eller infoga pyrrolysine, den 21:a aminosyran utöver de 20 standard. Detta leder till två möjliga proteiner från samma genetiska sekvens, beroende på förhållanden som pyrrolysintillgänglighet. När aminosyran är riklig läses UAG oftare som pyrrolysine; när den är knapp fungerar det som stopp. Mellan 200 och 300 gener hos mikroben innehåller UAG, vilket potentiellt tillåter adaptiva proteinvariationer. «Objektivt sett borde tvetydighet i den genetiska koden vara skadlig; det resulterar i en slumpmässig pool av proteiner», sade Nayak i studien publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences. «Men biologiska system är mer tvetydiga än vi ger dem kredd för, och den tvetydigheten är faktiskt en funktion – inte en bugg.» Upptäckten kommer från undersökningar av arkéer av Nayak och den tidigare doktoranden Katie Shalvarjian, nu vid Lawrence Livermore National Laboratory. De noterade utbredd maskineri för pyrrolysineproduktion bland metanogena arkéer som konsumerar metylerade aminer, såsom metylamin som finns i människans tarm och miljö. Dessa mikrober spelar en roll för hälsan genom att bryta ner metylaminer och minska bildningen av trimetylamin N-oxid, en biprodukt av rött kötts nedbrytning kopplad till hjärt-kärlsjukdomar. Upptäckten pekar också på terapeutisk potential: cirka 10 % av ärftliga sjukdomar, inklusive cystisk fibros och Duchennes muskeldystrofi, involverar prematura stoppkodoner. En «läckande» stopp som UAG kan möjliggöra partiell proteinproduktion för att lindra symtom. «UAG-kodonen är som en vägskedja, där den kan tolkas antingen som en stoppkodon eller som en pyrrolysine-resty», förklarade Shalvarjian. Inga specifika sekvensutlösare identifierades; tolkningen förblir probabilistisk. Forskningen, stödd av bidrag från Searle Scholars Program och andra, involverade medförfattare från UC Berkeley och California Institute of Technology. Publicerad 2025 med DOI: 10.1073/pnas.2517473122.
