Když se parazit naučí číst genetický kód po svém

Jednou z nejpevnějších pouček molekulární biologie je téměř úplná univerzálnost genetického kódu. Stejné principy platí u drtivé většiny organismů od bakterie po člověka. Právě díky této společné řeči života mohou buňky správně číst genetickou informaci a vyrábět podle ní proteiny. Výjimky z pravidla jsou mimořádně vzácné. Jednou z nich je i drobný prvok Blastocrithidia nonstop z řádu Trypanosomatida, do nějž se řadí také původci významných lidských onemocnění, jako jsou spavá nemoc, Chagasova choroba nebo leishmanióza. Sám však parazituje pouze u ploštic.

Neobvyklý genetický kód blastokritidie byl poprvé popsán v roce 2016. Unikátního prvoka se také podařilo dlouhodobě kultivovat v laboratorních podmínkách, což umožnilo studovat jeho neobvyklé biologické vlastnosti mnohem podrobněji. Díky tomu nyní víme, jak jeho pozměněný genetický kód funguje, a rozumíme molekulárním mechanismům, které umožňují jeho správný překlad.¹⁾

Podobně jako věty v knize jsou i geny jasně ohraničeny. Konec každého genu je dán jedním ze tří stop kodonů, které buněčnému aparátu říkají, že výroba proteinu skončila. Genetická „interpunkce“ blastokritidie však funguje jinak. Význam všech tří stop kodonů se během evoluce změnil. Buňka je dokáže správně rozpoznat, ale přiřadí jim nový význam. Kodony UAA a UAG čte jako glutamát a kodon UGA jako tryptofan. Pozoruhodné je, že tyto aminokyseliny přiřazuje pouze pro kodony uvnitř genu. Je-li UAA na jeho konci, je naopak rozpoznán jako příkaz k ukončení syntézy proteinu. Každý jiný organismus by takový text četl jako nesmyslnou změť předčasně ukončených vět.

Klíčem k neobvyklému způsobu čtení genetické informace jsou dvě molekulární inovace: pozměněná (zkrácená) transferová RNA, která přivádí aminokyseliny na správné místo vznikajícího proteinu, a upravený terminační faktor 1, který je odpovědný za rozpoznávání stop kodonů. Jejich společné působení umožňuje, aby byla trojice bází UGA čtena jako kodon pro aminokyselinu tryptofan místo signálu k ukončení syntézy proteinu (podrobněji viz Vesmír 102, 158, 2023/3).

Obálka časopisu Nature.

Ukazuje se, že genetický kód i způsob, jakým jej buňka dekóduje, mohou být proměnlivější, než se dosud předpokládalo. Schopnost buňky změnit význam genetického kódu a přizpůsobit jeho dekódování představuje mimořádně zajímavou inspiraci například pro syntetickou biologii. Ta by v budoucnu mohla otevřít cestu k cíleným úpravám genetického kódu nebo k navrhování organismů se zcela novými vlastnostmi. Ale nejen to. Objev může mít dalekosáhlé důsledky i v medicíně. Speciálně upravená „blastokritidiovská“ tRNA by mohla pročítat nesmyslné mutace v lidských buňkách, a vyléčit tak řadu vážných genetických chorob člověka.

Kachale A. et al.: Nature, 2023, DOI: 10.1038/s41586-022-05584-2