Varieerbaarheid in transfer-RNA-moleculen bepaalt de grens aan genetische codes (afb: Pablo Dans, IRB)
De evolutie staat nooit stil, maar er zijn grenzen. Spaanse onderzoekers denken te weten dat de genetische code zich ontwikkelde tot een maximum van twintig aminozuren, die het leven nu gebruikt om eiwitten op te bouwen. Dat zou volgens hen liggen aan het transfer-RNA, dat een rol speelt bij de vorming van eiwitten via het aflezen van boodschapper-RNA in het ribosoom (de zogeheten translatie). Die ‘maximalisatie’ van de genetische code zou zo’n 3 miljard jaar geleden hebben plaatsgevonden voor de gescheiden ontwikkeling van bacteriën, eukaryoten (cellen met een kern) en archaea (‘oerbacteriën’), aangezien alle levende organismen dezelfde genetische code gebruiken om eiwitten te produceren.
Als er meer dan twintig aminozuren zouden worden gebruikt, dan raakt het systeem ‘van de kaart’, stellen de onderzoekers rond Lluís Ribas de Pouplana en Modesto Orozco van het instituut voor biomedicijnen in Barcelona en Fjodor Kondrasjev van het centrum van genoomregulering. Dat zou leiden tot voortdurende mutaties in eiwitten, oftewel een mislukte translatie met katastrofale gevolgen, aldus Ribas. “Eiwitsynthese gebaseerd op genetische codes is de belangrijkste eigenschap van biologische systemen en die is cruciaal voor de goede omzetting van informatie.”
Die grenzen aan de complexiteit worden in feite gesteld door transfer-RNA’s, moleculen die de genetische code herkennen op het boodschapper-RNA en er voor zorgen dat het daarbij behorende aminozuur aan de aminozuurketen wordt geplakt, zodat de genetische code van een gen netjes vertaald wordt in het juiste eiwit. Daarbij hebben de tRNA-moleculen een L-vorm, omdat ze moeten opereren in de nauwe ruimte van het ribisoom. Dat maakt dat de ruimte om te variëren gering is, stellen de onderzoekers. Ribas: “Meer aminozuren zou voordelig voor het systeem zijn. In feite gebruiken we meer dan twintig aminozuren, maar die extra aminozuren worden er op een ingewikkelde manier bij gehaald en zijn niet verbonden met de genetische code. Op een gegeven punt in de evolutie was het niet meer mogelijk nieuwe tRNA-moleculen te creëren die nog duidelijk verschilden van de reeds bestaande, zonder problemen te krijgen met het bepalen van het juiste aminozuur. Dat maximum werd bereikt bij twintig aminozuren.”
Een van de de misschien wel heel ‘arrogante’ doelstellingen van de synthetische biologie is om de genetische code te veranderen en met andere (dan de twintig gangbare) aminozuren te werken om nieuwe functies te bewerkstelligen. Daarmee wordt al gefröbeld met bacteriën onder zeer strikte omstandigheden. Ribas: “Dat is erg moeilijk. De synthetische tRNA’s moeten duidelijk verschillend zijn willen we effectievere biotechnologische systemen kunnen ontwikkelen.” Kleine kanttekening, mijnheer Ribas: dat is de natuur in driemiljard jaar niet gelukt…!
Bron: eScience News