Un equip de científics liderats per l’investigador ICREA Lluís Ribas de Pouplana a l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona), en col·laboració amb Fyodor A. Kondrashov del Centre de Regulació Genòmica (CRG) i Modesto Orozco de l’IRB Barcelona, ha demostrat que el codi genètic va evolucionar fins a incloure un màxim de 20 aminoàcids i no va poder créixer més per una limitació funcional dels ARN de transferència, les molècules que fan d’intèrprets entre el llenguatge dels gens i el llenguatge de les proteïnes. Aquest fre en el creixement de la complexitat de la vida es va produir fa més de 3.000 milions d’anys, abans que bacteris, eucariotes i arqueobacteris evolucionessin per separat, ja que tots usem el mateix codi per produir proteïnes.

Els autors del treball expliquen que la maquinària per traduir els gens a proteïnes* no pot reconèixer més de 20 aminoàcids perquè els confondria entre ells, el que produiria mutacions constants en les proteïnes i per tant una traducció errònia de la informació genètica “de conseqüències catastròfiques”, destaca Ribas. “La síntesi de proteïnes basada en el codi genètic és l’ànima dels sistemes biològics i és essencial assegurar-ne la fidelitat”, continua l’investigador.

Una limitació marcada per la forma

La saturació del codi genètic té l’origen en els ARN de transferència (tRNA*), les molècules que reconeixen la informació genètica i duen l’aminoàcid corresponent al ribosoma, on es fabriquen les proteïnes encadenant els aminoàcids un rere l’altre segons la informació d’un gen determinat. Ara bé, la cavitat on han d’encaixar-se els tRNA dins el ribosoma imposa a totes aquestes molècules una mateixa estructura similar a una L, que deixa molt poc marge de variació entre elles. “Al sistema li hagués interessat incorporar nous aminoàcids perquè de fet n’usem més de 20 però s’afegeixen per vies molt complexes, fora del codi genètic. I és que va arribar un moment que la Natura no va poder fer nous tRNA que fossin suficientment diferents dels que ja hi havia sense que entressin en conflicte a l’identificar l’aminoàcid correcte. I això va passar quan es va arribar a 20”, exposa Ribas.

Aplicacions en biologia sintètica

Un dels objectius de la biologia sintètica és incrementar el codi genètic, modificar-lo per poder fer proteïnes amb aminoàcids diferents per aconseguir funcions noves. S’usen organismes, com ara bacteris, en unes condicions molt controlades perquè fabriquin proteïnes amb unes determinades característiques. “Però això no és gens fàcil, i la nostra feina demostra que cal evitar aquest conflicte d’identitat entre els tRNA sintètics dissenyats al laboratori amb els tRNA pre-existents per aconseguir sistemes biotecnològics més efectius”, conclou l’investigador.

Aquest treball ha rebut suport del Ministeri d’Economia i Competitivitat, la Generalitat de Catalunya, el Consell Europeu de Recerca (ERC) i la fundació nordamericana Howard Hughes Medical Institute.
 

• Referència de l’article:

Adélaïde Saint-Léger, Carla Bello-Cabrera, Pablo D. Dans, Adrian Gabriel Torres, Eva Maria Novoa, Noelia Camacho, Modesto Orozco, Fyodor A. Kondrashov, and Lluís Ribas de Pouplana. Saturation of recognition elements blocks evolution of new tRNA identities. Science Advances (29 April 2016). DOI: 10.1126/sciadv.1501860