Vroegste genetische code zeer resistent tegen mutaties

Publication date: 19-03-2012

Onderzoekers van het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam laten zien dat de genetische code opmerkelijk resistent is tegen kopieerfouten. Dit verklaart mogelijk het succes van de vroegste gemeenschappelijke voorouder, die 3,5 miljard jaar geleden de genetische code ontwikkelde die nu in elk levend wezen voorkomt.

De genetische code is de taal waarin het DNA instructies geeft voor de bouw van eiwitten. Alle levende wezens gebruiken daarvoor dezelfde codering van DNA naar aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Eén van de grote vragen waar evolutionair biologen zich mee bezighouden is hoe deze genetische code is ontstaan. Is het toevallig de manier waarop de eerste cel werkte, of is er meer aan de hand?

Bijzondere code

Een team van CWI-onderzoekers laat nu met krachtige computeranalyses zien dat de huidige genetische code van alle mogelijke codes één van de meest resistente tegen mutaties is. Een kleine kopieer- of afleesfout in één van de letters van de code levert vaak hetzelfde of een soortgelijk aminozuur op. Geïnformeerde schattingen uit eerder onderzoek lieten al zien dat de kans klein is dat een willekeurige toewijzing van codes aan aminozuren deze eigenschap oplevert. Harry Buhrman, Peter van der Gulik, Steven Kelk, Wouter Koolen en Leen Stougie tonen in Transactions of Computational Biology and Bioinformatics aan dat ook onder astronomische hoeveelheden computergegenereerde codes nauwelijks betere codes te vinden zijn. Ze laten daarbij ook zien hoe de meest geschikte genetische code er uit zou zien.

Voorloper

De resistentie tegen mutaties kan inzicht bieden in de vroege evolutie van de genetische code. CWI-onderzoeker Peter van der Gulik en Wouter Hoff van de Oklahoma State University werken dit verder uit. In een vervolgartikel in de Journal of Molecular Evolution elimineren ze systematisch de dubbele coderingen die verantwoordelijk zijn voor de resistentie tegen mutaties. Zo komen ze tot een kleine set van 23 codes die voor alle aminozuren codeert. Deze set is mogelijk een voorloper van de huidige genetische code.

Moleculaire evolutiebiologie, zoals het onderzoek naar het ontstaan van de genetische code, onderzoekt het ontstaan van het vroege leven. Uit zelforganisatie van moleculen zijn 3,5 tot 4 miljard jaar geleden de eerste cellen ontstaan, waaruit de rest van het leven zoals we dat nu kennen geëvolueerd is. Geavanceerde computertechnieken uit de bioinformatica spelen een steeds grotere rol in de moleculaire evolutiebiologie.

 

Afbeelding: Shutterstock