Um teste destinado a ultrapassar os limites da sequenciação de ADN unicelular acabou por revelar algo ainda mais surpreendente: micróbios num lago no Parque Universitário de Oxford parecem estar a utilizar o código genético de uma forma que os cientistas nunca tinham visto antes.
O Dr. Jamie McGowan, cientista de pós-doutorado no Earlham Institute, está estudando os genomas de protistas coletados em água doce. Este objetivo é muito prático. Os pesquisadores queriam testar um pipeline de sequenciamento de DNA que pudesse processar quantidades extremamente pequenas de DNA, incluindo DNA de células individuais.
Em vez disso, a equipe descobriu uma anomalia genética inesperada. O organismo, identificado como Oligomembrana sp. PL0344, acaba por ser uma espécie até então desconhecida, com raras mudanças na forma como lê as instruções do DNA e constrói proteínas. esse Genética PLOS O estudo relata que dois códons normalmente associados a sinais de terminação genética foram reatribuídos a diferentes aminoácidos, uma combinação que os pesquisadores dizem não ter sido relatada antes.
“Tivemos muita sorte de termos escolhido este protista para testar nosso pipeline de sequenciamento, e isso apenas mostra o que está acontecendo por aí e destaca o quão pouco sabemos sobre a genética dos protistas”.
Criatura minúscula com enorme surpresa genética
Os protistas são difíceis de definir claramente porque são muito diversos. Muitos são organismos microscópicos e unicelulares, incluindo amebas, algas e diatomáceas. Outros são maiores e multicelulares, como algas, fungos viscosos e algas vermelhas.
“A definição de protista é muito vaga – essencialmente, é qualquer organismo eucariótico que não seja animais, plantas ou fungos”, disse o Dr. McGowan. “Isso é aparentemente muito comum, 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 cuidadores, alguns têm dietas diferentes, alguns fotossintetizam. Basicamente, não podemos fazer generalizações.”
Oligomembrana sp. PL0344 pertence à classe Ciliados. Esses protistas nadadores podem ser vistos ao microscópio e são encontrados em muitos ambientes aquáticos. Os ciliados são de particular interesse para os geneticistas porque são pontos críticos conhecidos para alterações no código genético, incluindo alterações envolvendo códons de parada.
Quando um sinal de parada genético muda de significado
Na maioria dos organismos, três códons de parada informam à célula onde termina um gene: TAA, TAG e TGA. Eles agem como sinais de pontuação nas instruções genéticas, sinalizando quando a construção de proteínas deve parar.
O código genético é frequentemente descrito como quase universal porque a maioria dos organismos usa as mesmas regras básicas. Mudanças acontecem, mas são raras. Entre as poucas variantes conhecidas do código genético, TAA e TAG muitas vezes variam juntas e muitas vezes acabam significando a mesma coisa. Este padrão sugere que os dois códons estão evolutivamente relacionados.
“Em quase todos os outros casos que conhecemos, o TAA e o TAG mudam simultaneamente”, explicou o Dr. McGowan. “Quando não são códons de parada, cada um deles especifica o mesmo aminoácido.”
Este organismo faz algo diferente. existir Oligomembrana sp. PL0344, apenas o TGA parece funcionar como um códon de parada. Dois outros sinais foram reaproveitados. TAA especifica lisina e TAG especifica ácido glutâmico. Os pesquisadores também descobriram mais códons TGA do que o esperado, o que pode ajudar a compensar a perda dos outros dois sinais de parada. esse Genética PLOS O artigo relata que os códons de parada UGA restantes são enriquecidos após a região de codificação, sugerindo que isso pode ajudar a prevenir leituras prejudiciais quando a tradução continua muito.
“Isso é muito incomum”, disse McGowan. “Não conhecemos nenhuma outra situação em que esses códons de parada estejam associados a dois aminoácidos diferentes. Isso quebra algumas das regras de tradução genética que pensávamos conhecer – acredita-se que esses dois códons estejam acoplados.
“Os cientistas tentam criar novos códigos genéticos – mas eles também existem na natureza. Se os procurarmos, poderemos encontrar algumas coisas fascinantes.
“Ou, neste caso, quando não estamos procurando por eles.”
Como as células leem as instruções do DNA
O DNA pode ser pensado como um conjunto de instruções, mas essas instruções devem ser copiadas e interpretadas para terem efeito. Primeiro, os genes são transcritos em RNA. As cópias de RNA são então traduzidas em aminoácidos, que são ligados entre si para formar proteínas e outras moléculas funcionais.
A tradução começa com um códon de início do DNA (ATG) e geralmente termina com um códon de parada (geralmente TAA, TAG ou TGA). Neste ciliado, o sistema terminal familiar foi reorganizado. A descoberta mostra que mesmo um dos sistemas mais conservados da biologia pode ser mais flexível do que o esperado.
As análises do genoma e do transcriptoma da equipe também identificaram genes inibitórios de tRNA que correspondiam aos códons reatribuídos, apoiando a conclusão de que o organismo realmente lê esses sinais de parada anteriores como aminoácidos. Estudos descobriram que códigos UAA para lisina e códigos UAG para ácido glutâmico.
Pesquisas posteriores mostraram que os ciliados eram infratores de regras genéticas
Trabalhos subsequentes reforçaram a ideia de que os ciliados são fontes surpreendentemente ricas de código genético. em 2024 Genética PLOS Neste estudo, os pesquisadores relatam múltiplas reatribuições independentes de códons de parada UAG em ciliados filofaríngeos. Alguns ciliados não cultivados no conjunto de dados TARA Oceans parecem usar UAG para codificar leucina, enquanto Hartmannula sinica e Trochilia petrani usaram UAG para codificar glutamina.
Estudos posteriores também descobriram que o UAA continua sendo o códon de parada preferido nesses ciliados filofaríngeos, enquanto o UAG foi transferido para funções de codificação de proteínas várias vezes. As descobertas apontam para mudanças repetidas no código genético num eucariota microbiano pouco estudado e reforçam a ideia de que os ciliados estão entre as excepções mais fortes ao código genético padrão.
Juntas, estas descobertas mostram que o código genético não é tão fixo como parecia. Para a maioria das criaturas, as regras permanecem muito estáveis. Mas na vida microbiana negligenciada, especialmente nos ciliados, a evolução continua a encontrar formas de editar instruções.
Financiamento e publicação
Pesquisa original publicada em Genética PLOS 2023. É financiado pelo Wellcome Trust como parte do programa Darwin’s Tree of Life, com o apoio do financiamento principal do Earlham Institute do Conselho de Pesquisa em Biotecnologia e Ciências Biológicas (BBSRC) do UKRI. Esta publicação relata dados de sequenciamento e recursos de montagem de genoma depositados em repositórios públicos.
