Gli scienziati che stanno testando un nuovo metodo di sequenziamento di singole cellule hanno inaspettatamente cambiato la nostra comprensione delle regole della genetica.
Il genoma di un protista ha rivelato una divergenza apparentemente unica nel codice del DNA che segnala la fine di un gene, suggerendo la necessità di ulteriori ricerche per comprendere meglio questo gruppo di organismi diversi.
Il dottor Jamie McGowan, uno scienziato post-dottorato presso l’Earlham Institute, ha analizzato la sequenza del genoma di un organismo microscopico – un protista – isolato da uno stagno d’acqua dolce nei parchi dell’Università di Oxford.
Il lavoro aveva lo scopo di testare una pipeline di sequenziamento del DNA in grado di funzionare con quantità molto piccole di DNA, come il DNA di una singola cellula. Il dottor McGowan stava lavorando con un team di scienziati dell’Earlham Institute e con il gruppo del professor Thomas Richards dell’Università di Oxford.
Ma, quando i ricercatori hanno esaminato il codice genetico, il protista Oligoimenoforea sp. PL0344 si è rivelato essere una nuova specie con un improbabile cambiamento nel modo in cui il suo DNA viene tradotto in proteine.
Il dottor McGowan ha dichiarato: “È una pura fortuna che abbiamo scelto questo protista per testare la nostra pipeline di sequenziamento, e mostra semplicemente cosa c’è là fuori, evidenziando quanto poco sappiamo della genetica dei protisti”.
È difficile fare qualsiasi affermazione sui protisti come gruppo. La maggior parte sono organismi microscopici e unicellulari come amebe, alghe e diatomee, ma esistono protisti multicellulari più grandi, come alghe, muffe melmose e alghe rosse.
“La definizione di protista è vaga: essenzialmente è qualsiasi organismo eucariotico che non sia un animale, una pianta o un fungo”, ha affermato il dottor McGowan. “Questo è ovviamente molto generale, e questo perché i protisti sono un gruppo estremamente variabile.
“Alcuni sono più strettamente imparentati con gli animali, altri più strettamente imparentati con le piante. Ci sono cacciatori e prede, parassiti e ospiti, nuotatori e sitter, e ci sono quelli con diete varie mentre altri fotosintetizzano. In sostanza, possiamo fare pochissime generalizzazioni. “
Oligoimenoforea sp. PL0344 è un ciliato. Questi protisti nuotatori possono essere visti al microscopio e si trovano quasi ovunque ci sia acqua.
I ciliati sono punti caldi per i cambiamenti del codice genetico, inclusa la riassegnazione di uno o più codoni di stop: i codoni TAA, TAG e TGA. Praticamente in tutti gli organismi, questi tre codoni di stop vengono utilizzati per segnalare la fine di un gene.
Le variazioni nel codice genetico sono estremamente rare. Tra le poche varianti del codice genetico finora segnalate, i codoni TAA e TAG hanno praticamente sempre la stessa traduzione, suggerendo che la loro evoluzione sia accoppiata.
“In quasi tutti gli altri casi di cui siamo a conoscenza, TAA e TAG cambiano in tandem”, ha spiegato il dottor McGowan. “Quando non sono codoni di stop, ciascuno specifica lo stesso amminoacido.”
Il DNA è come il progetto di un edificio. Non fa nulla di per sé: fornisce istruzioni sul lavoro da svolgere. Affinché un gene possa avere un impatto, il progetto deve essere “letto” e quindi incorporato in una molecola che ha un effetto fisico.
Per poter leggere il DNA, viene prima trascritto in una copia di RNA. Questa copia viene portata in un’altra area della cellula dove viene tradotta in amminoacidi, che si combinano per formare una molecola tridimensionale. Il processo di traduzione inizia al codone di inizio del DNA (ATG) e termina a un codone di stop (normalmente TAA, TAG o TGA).
In Oligoimenoforea sp. PL0344, solo il TGA funziona come codone di stop, anche se il dottor McGowan ha scoperto che ci sono più codoni TGA del previsto nel DNA del ciliato, ritenuti per compensare la perdita degli altri due. Invece, TAA specifica la lisina e TAG specifica l’acido glutammico.
“Questo è estremamente insolito”, ha detto il dottor McGowan. “Non siamo a conoscenza di nessun altro caso in cui questi codoni di stop siano collegati a due diversi amminoacidi. Ciò infrange alcune delle regole che pensavamo di conoscere sulla traduzione genetica: si pensava che questi due codoni fossero accoppiati.
“Gli scienziati tentano di progettare nuovi codici genetici, ma sono anche presenti in natura. Ci sono cose affascinanti che possiamo trovare, se le cerchiamo.
“O, in questo caso, quando non li stiamo cercando.”
Questa ricerca, pubblicata su PLoS Genetics, è stata finanziata dal Wellcome Trust come parte del Darwin Tree of Life Project e sostenuta dal finanziamento principale dell’Earlham Institute da parte del Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), parte dell’UKRI.
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