Um teste que visa ultrapassar os limites da sequenciação de ADN unicelular revelou algo muito mais surpreendente: um organismo microscópico de um lago no Parque Universitário de Oxford parece estar a utilizar o código genético de uma forma que os cientistas nunca tinham visto antes.
O Dr. Jamie McGowan, pós-doutorado no Earlham Institute, estudou o genoma de um protista coletado em água doce. O objetivo era prático. Os pesquisadores queriam testar um pipeline de sequenciamento de DNA que pudesse funcionar com quantidades extremamente pequenas de DNA, incluindo DNA de uma única célula.
Em vez disso, a equipe descobriu uma anomalia genética inesperada. Um organismo identificado como Oligogimenoforia PL0344 revelou-se uma espécie até então desconhecida, com raras mudanças na forma como lê as instruções do DNA e produz proteínas. O Genética PLOS O estudo descobriu que dois códons normalmente associados a sinais de terminação genética foram reatribuídos a um aminoácido diferente, uma combinação que os pesquisadores descreveram como não relatada anteriormente.
“É pura sorte termos escolhido este protista para testar nosso pipeline de sequenciamento, e isso apenas mostra o que está lá, destacando o quão pouco sabemos sobre a genética protista”.
Um pequeno organismo com uma grande surpresa genética
Os protistas são difíceis de definir precisamente porque são muito diversos. Muitos são organismos microscópicos unicelulares, incluindo amebas, algas e diatomáceas. Outros são muito maiores e multicelulares, como algas, limo e algas vermelhas.
“A definição de protista é vaga – basicamente qualquer organismo eucariótico que não seja um animal, planta ou fungo”, disse o Dr. McGowan. “É obviamente muito geral, e isso porque os protistas são um grupo extremamente variável.
“Alguns estão mais relacionados com os animais, alguns estão mais relacionados com as plantas. Existem caçadores e presas, parasitas e hospedeiros, nadadores e sésseis, e há aqueles que têm uma dieta variada, enquanto outros fotossintetizam. Basicamente, podemos fazer muito poucas generalizações.”
Oligogimenoforia O Sr. PL0344 pertence ao grupo dos ciliados. Esses protistas nadadores podem ser vistos ao microscópio e são encontrados em muitos ambientes aquáticos. Os infusórios tornaram-se de particular interesse para os geneticistas porque são pontos críticos conhecidos para alterações no código genético, incluindo alterações envolvendo códons de parada.
Quando os sinais de parada genético mudam de significado
Na maioria dos seres vivos, três códons de parada informam à célula onde o gene termina: TAA, TAG e TGA. Eles funcionam como sinais de pontuação nas instruções genéticas, sinalizando que a construção de proteínas deve parar.
O código genético é geralmente descrito como quase universal porque a maioria dos organismos usa as mesmas regras básicas. Existem variações, mas são raras. No pequeno número de variantes conhecidas no código genético, TAA e TAG geralmente são alterados juntos e geralmente significam a mesma coisa. Este padrão sugere que os dois códons estavam evolutivamente relacionados.
“Em quase todos os outros casos que conhecemos, o TAA e o TAG mudam em conjunto”, explicou o Dr. McGowan. “A menos que sejam códons de parada, cada um deles especifica o mesmo aminoácido.”
Este corpo fez outra coisa. Você Oligogimenoforia Sr. PL0344, apenas o TGA parece funcionar como um códon de parada. Os dois sinais restantes foram reperfilados. TAA especifica lisina, enquanto TAG especifica ácido glutâmico. Os pesquisadores também encontraram mais códons TGA do que o esperado, o que pode ajudar a compensar a perda de outros dois sinais de parada. O Genética PLOS O artigo relata que o códon de parada UGA restante é enriquecido imediatamente após as regiões de codificação, sugerindo que isso pode ajudar a prevenir leituras prejudiciais se a tradução continuar muito.
“É muito incomum”, disse McGowan. “Não temos conhecimento de nenhum outro caso em que esses códons de parada estejam associados a dois aminoácidos diferentes. Isso quebra algumas das regras que pensávamos conhecer sobre a tradução genética – pensava-se que esses dois códons estavam ligados.
“Os cientistas estão tentando criar novos códigos genéticos, mas eles também existem na natureza. Há coisas fascinantes que podemos encontrar se as procurarmos.
“Ou, neste caso, se não estivermos procurando por eles.”
Como as células leem as instruções do DNA
O DNA pode ser pensado como um conjunto de instruções, mas as instruções devem ser copiadas e interpretadas antes de terem efeito. Primeiro, o gene é transcrito em RNA. Esta cópia do RNA é então traduzida em aminoácidos, que se unem para formar proteínas e outras moléculas funcionais.
A tradução começa no códon de início do DNA (ATG) e geralmente termina em um códon de parada (geralmente TAA, TAG ou TGA). Nesta infusão, o sistema familiar de finais foi alterado. A descoberta mostra que mesmo um dos sistemas biológicos mais conservados pode ser mais flexível do que o esperado.
A análise do genoma e do transcriptoma da equipe também identificou genes supressores de tRNA correspondentes aos códons reatribuídos, apoiando a conclusão de que o corpo realmente lê esses antigos sinais de parada como aminoácidos. O estudo descobriu que o UAA codifica a lisina e o UAG o ácido glutâmico.
Trabalhos posteriores mostram que os ciliados quebram regras genéticas
Trabalhos subsequentes reforçaram a ideia de que os ciliados são fontes extraordinariamente ricas de surpresas no código genético. Em 2024 Genética PLOS No estudo, os pesquisadores relataram várias reatribuições independentes do códon de parada UAG em ciliados filofaríngeos. Alguns ciliados não cultiváveis do conjunto de dados TARA Oceans parecem usar UAG para codificar leucina, enquanto Hartmannula sinica e Trochilia petrani usam UAG para codificar glutamina.
Um estudo posterior também mostrou que o UAA continua sendo o códon de parada predominante nos ciliados filofaríngeos, enquanto o UAG muda repetidamente para um papel de codificação de proteínas. Os dados obtidos indicam mudanças repetidas no código genético em eucariotos microbianos pouco compreendidos e apoiam a ideia de que os ciliados estão entre as exceções mais fortes ao código genético padrão.
Juntas, estas descobertas sugerem que o código genético não é tão fixo como se pensava anteriormente. Para a maioria dos organismos, as regras permanecem notavelmente estáveis. Mas ao ignorar a vida microbiana, especialmente os ciliados, a evolução encontrou repetidamente formas de editar as instruções.
Financiamento e publicação
O estudo original foi publicado em Genética PLOS em 2023. Foi financiado pelo Wellcome Trust como parte do Projeto Darwin Tree of Life e apoiado por financiamento principal do Instituto Earlham do Conselho de Pesquisa em Biotecnologia e Ciências Biológicas (BBSRC), que faz parte do UKRI. A publicação relatou dados de sequenciamento e recursos de montagem de genoma armazenados em repositórios públicos.
