Uma experiência concebida para ultrapassar os limites da sequenciação de ADN unicelular revelou algo ainda mais surpreendente: um organismo microscópico de um lago no Parque Universitário de Oxford parece estar a utilizar o seu código genético de uma forma que os cientistas nunca tinham visto antes.
O Dr. Jamie McGowan, cientista de pós-doutorado no Earlham Institute, estava estudando os genomas de protistas coletados 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 encontrou uma discrepância genética inesperada. Organismos, identificados como Oligohimenoforia sp PL0344, trata-se de uma espécie até então desconhecida, com raras mudanças na forma como lê as instruções do DNA e produz proteínas. D Genética PLoS O estudo revelou que dois códons normalmente associados a sinais de desligamento de genes foram reatribuídos a diferentes aminoácidos, algo que os pesquisadores descreveram como inédito.
“Foi pura sorte termos escolhido este protista para testar o nosso pipeline de sequenciação, e isso apenas mostra o que existe por aí, o quão pouco sabemos sobre a genética dos protistas.”
Um pequeno organismo com uma grande surpresa genética
Os manifestantes são difíceis de definir claramente porque são muito diversos. Muitos organismos microscópicos unicelulares, incluindo amebas, algas e diatomáceas. Outros são muito maiores e multicelulares, como algas, fungos viscosos e algas vermelhas.
“A definição de protista é vaga – basicamente qualquer organismo eucariótico que não seja um animal, planta ou fungo”, diz o Dr. McGowan. “Isso é obviamente muito comum, porque os protistas são um grupo altamente variável.
“Alguns estão mais intimamente relacionados com os animais, alguns estão mais intimamente relacionados com as plantas. Existem predadores e presas, parasitas e hospedeiros, nadadores e observadores, e existem fotossintetizadores com dietas diversas. Basicamente, podemos fazer muito poucas generalizações.”
Oligohimenoforia sp PL0344 pertence a um grupo chamado ciliados. Esses protistas nadadores podem ser vistos ao microscópio e são encontrados em muitos ambientes aquáticos. Os ciliados tornaram-se particularmente interessantes para os geneticistas porque são pontos críticos conhecidos para alterações no código genético, incluindo alterações envolvendo códons de parada.
Quando os sinais de parada genitivos mudam de significado
Na maioria dos seres vivos, três códons de parada informam à célula onde termina um gene: TAA, TAG e TGA. Estes agem 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. Podem ocorrer variações, mas são raras. Entre o pequeno número de variações conhecidas do código genético, TAA e TAG geralmente mudam juntos e geralmente acabam significando a mesma coisa. Este padrão sugeriu que os dois códons estavam evolutivamente ligados.
“Em quase todos os outros casos que conhecemos, o TAA e o TAG mudam juntos”, explica o Dr. McGowan. “Embora não sejam códons de parada, cada um deles especifica o mesmo aminoácido.”
Esta criatura fez algo diferente. Em Oligohimenoforia sp PL0344, apenas o TGA parece atuar como um códon de parada. Os outros dois sinais são reutilizados. 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 dos outros dois sinais de parada. D Genética PLoS O artigo relata que o UGA residual é enriquecido imediatamente após as regiões do códon de parada, sugerindo que isso pode ajudar a prevenir a leitura prejudicial quando a tradução é muito alta.
“É extremamente incomum”, disse McGowan. “Não temos conhecimento de quaisquer outros casos em que estes 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 andavam juntos.
“Os cientistas tentam criar novos códigos genéticos – mas eles também existem na natureza. Se os procurarmos, poderemos encontrar coisas interessantes.
“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 as instruções devem ser copiadas e interpretadas antes de entrarem em vigor. Primeiro, um gene é transcrito em RNA. Essa cópia do RNA é então traduzida em aminoácidos, que são ligados entre si para formar proteínas e outras moléculas funcionais.
A tradução começa no códon de início do DNA (ATG) e geralmente termina no códon de parada (geralmente TAA, TAG ou TGA). Neste ciliado, aquele sistema de terminação familiar foi reorganizado. A descoberta mostra que um dos sistemas mais conservados da biologia pode ser mais flexível do que o esperado.
A análise do genoma e do transcriptoma da equipe também identificou genes supressores de tRNA que correspondem aos códons reorganizados, apoiando a conclusão de que o organismo realmente lê esses antigos sinais de parada como aminoácidos. No estudo, descobriu-se que UAA codificava lisina e UAG codificava ácido glutâmico.
Trabalhos posteriores mostraram que os ciliados eram infratores de regras genéticas
O trabalho de acompanhamento reforçou a ideia de que os ciliados são uma fonte extraordinariamente rica de surpresas no código genético. Em 2024 Genética PLoS No estudo, os pesquisadores relataram vários rearranjos independentes do códon de parada UAG em ciliados filofaríngeos. Descobriu-se que alguns ciliados não cultivados no conjunto de dados TARA Oceans usam UAG para codificar leucina, enquanto Hartmannula sinica e Trochilia petrani usam UAG para codificar glutamina.
Este último estudo também mostrou que o UAA continua sendo o códon de parada preferido nos ciliados filofaríngeos, enquanto o UAG mudou repetidamente para funções de codificação de proteínas. Os resultados apontam para mudanças frequentes no código genético em eucariotos microbianos pouco estudados e reforçam 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 estático como antes. Para a maioria dos organismos, as normas permanecem notavelmente estáveis. Mas na vida microbiana negligenciada, especialmente nos ciliados, a evolução encontrou repetidamente maneiras de editar instruções.
Financiamento e Publicação
O estudo original foi publicado Genética PLoS Em 2023. Foi financiado pelo Wellcome Trust como parte do projeto Darwin Tree of Life e apoiado por financiamento principal do Earlham Institute do Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), parte do UKRI. A publicação relata dados de sequenciamento e recursos de montagem de genoma depositados em repositórios públicos.
