Hintergrund
Ein Team von Wissenschaftlern hat zehn künstliche, nicht‑standardisierte genetische Codes (non‑SGCs) entwickelt, um die Annahme zu prüfen, dass die Anordnung der Aminosäuren im Standard‑Genetischen Code (SGC) Mutationen besonders gut abfedert. Ziel war es, zu ermitteln, ob ein höherer Kostenwert für Aminosäureaustausch die Robustheit von Proteinen beeinflusst.
Methodik
Die Forscher nutzten einen minimalen Genetischen Code, der aus 21 Transfer‑RNA‑Molekülen bestand, und verlagerten die Aminosäuren Alanin, Serin und Leucin in bislang ungenutzte Codons. Auf diese Weise entstanden zehn alternative Codes, die jeweils höhere Kostenwerte für den Austausch von Aminosäuren aufwiesen. Die Kosten wurden anhand der Eigenschaften polarer Anforderung (CostPR), molekularer Volumen (CostMV) und Hydropathie‑Index (CostHI) berechnet.
Ergebnisse
Die ermittelten Kostenbereiche lagen bei CostPR zwischen 5,29 und 5,77, bei CostMV zwischen 1 848 und 2 348 und bei CostHI zwischen 3,27 und 5,10. Diese Werte entsprechen etwa 18,4 % (PR), 37,6 % (MV) und 50,8 % (HI) des theoretisch möglichen Kostenbereichs, der aus einer Million zufällig generierter Codes resultieren kann. Drei Reporter‑Gene wurden in den jeweiligen nicht‑standardisierten Codes exprimiert und anschließend zufälligen Mutationen unterworfen. Die gemessene Proteinfunktion nahm bei allen getesteten Codes ähnlich stark ab, sodass keine signifikanten Unterschiede in der Mutationsauswirkung erkennbar waren.
Bedeutung
Die Resultate liefern direkte experimentelle Evidenz dafür, dass innerhalb des untersuchten Kostenintervalls die Mutationsrobustheit von Reporter‑Proteinen nicht wesentlich variiert. Damit wird die bislang wenig belegte Annahme, dass die Anordnung der Aminosäuren im SGC einen entscheidenden Beitrag zur Fehlertoleranz leistet, relativiert.
Einordnung in die Theorie
Laut der Fehler‑Minimierungs‑Theorie sollte die Nicht‑Zufälligkeit der Aminosäurezuordnung die schädlichen Folgen von Mutationen reduzieren. Die vorliegende Studie erweitert das Verständnis, indem sie zeigt, dass ein erhöhter Austausch‑Kostenwert allein nicht zwangsläufig zu einer verminderten Proteinfunktion führt.
Ausblick
Die Untersuchung beschränkt sich auf in‑vitro‑Experimente mit Reporter‑Genen. Weitere Forschungen mit komplexeren Genomen und unterschiedlichen Umweltbedingungen könnten Aufschluss darüber geben, inwieweit die beobachtete Stabilität auf natürliche Systeme übertragbar ist.Dieser Bericht basiert auf Informationen von eLife, lizenziert unter Creative Commons BY 4.0 (Open Access).
Ende der Uebertragung