Hogyan jött létre a genetikai kód hármasa; Személyre szabott táplálkozás
George Beadle és Edward Tatum a Neurospora gombával végzett úttörő tanulmányaik során 1: 1: 1 összefüggést javasoltak a gén, az enzim és a biokémiai reakció között. De az a kérdés, hogy az egyes gének nukleotidszekvenciája hogyan viszonyult a kódolt fehérje aminosavszekvenciájához, továbbra is megválaszolatlan kérdés maradt.
A Nature 1961-es "A fehérjék genetikai kódjának általános természete" című cikkében Francis Crick, Leslie Barnett, Sydney Brenner és Richard Watts-Tobin végül megoldotta a rejtvényt. Helyesen állapították meg, hogy a genetikai kód hármas kód, a kód redundáns (degeneráltnak is nevezik: a redundancia vagy a degeneráció a genetikai kód egyik jellemzője, a nukleinsavak nukleotidszekvenciája és az aminosavak szekvenciája közötti megfelelés szabálya). a polipeptidek; arra utal, hogy a genetikai információk tárolásához szükségesnél több különböző kodon van), a hármasok nem fedik egymást, nincsenek vesszők (bár az intronokat utólag fedezték fel), és az egyes nukleotidszekvenciákat kiindulópontból olvassák egy meghatározott kiindulási ponttól.
1961-ben az egyetlen analitikai eljárás, amely felhasználható a gén feltételezett nukleotidszekvenciájának megrendelésére, a genetikai struktúrák feltérképezése mutánsok alkalmazásával, amelyekben a gén megváltozott. Az ezen eljárással feltérképezett mutációval megváltozott helyek feltételezett nukleotidváltási helyek voltak.
Crick és munkatársainak szerencséjére Seymour Benzer az 1950-es évek végén elegáns vizsgálatot dolgozott ki a mutációk felhasználásával a T4 fág rII régiójában (amelynek két szomszédos génje van, az úgynevezett cistron A és B - a cistron a genetikai anyag legkisebb egysége) képes felelősséget vállalni egy polipeptid szintéziséért). Ezzel a rendszerrel Benzer megadta az első részletes szerkezeti térképet egy genetikai régióról, jelen esetben a fággenomról.
Annak ellenére, hogy képtelen volt szekvenálni a DNS-t, Crick és munkatársai meg voltak győződve arról, hogy mutagenezist és genetikai rekombinációt használhat a T4 rII rendszerrel a genetikai régió megváltozott helyeinek feltérképezéséhez és a genetikai kód általános jellegének megállapításához.
Benzer térképe a T4 rII régióról összhangban volt azzal a következtetéssel, hogy minden gén nukleotidok lineáris szekvenciájából állt, amelyek mindegyike örökölhető változáson ment keresztül, amely megváltoztathatta a fehérjeterméket. Azt, hogy a polipeptidek lineáris aminosavszekvenciákból is álltak, Fred Sanger és mások már korábban megállapították.
Aztán 1958-ban Vernon Ingram kimutatta, hogy egy mutáns humán hemoglobin-polipeptidnek csak egy aminosav-változása volt. Az ezekből és a kapcsolódó vizsgálatokból származó logikai következtetés az volt, hogy mindegyik gén egyedülálló lineáris nukleotidszekvenciából állt, és hogy ezt a szekvenciát egyedülálló lineáris aminosav-szekvenciává alakították át. Ha ez az értelmezés helyes volt, akkor kellett lennie egy „genetikai kódnak”, amely az egyes gének nukleotidszekvenciáját és a kódolt fehérje aminosav-szekvenciáját kapcsolja össze.
Crick javasolta az "adapter" hipotézist - miszerint specifikus molekulák (amelyeket később tRNS-ként azonosítottak) felelősek egy adott nukleotidszekvencia specifikus aminosavvá történő "fordításáért". Brenner viszont összehasonlította a fehérjék ismert aminosav-szekvenciáit, és arra a következtetésre jutott, hogy a genetikai kód nem fedheti át az átfedéseket (a sok lehetőség egyike), mert mindegyik aminosav a másik 19 aminosav szomszédságában helyezhető el.
Crick stratégiája a potenciális "kódok" helyes meghatározására azon a meggyőződésen alapult, hogy a mutagének, az akridin színezékek (például a proflavin) egy csoportja bázispár addíciókat vagy csökkenést okozott a DNS-ben. Akkoriban nem ez volt az uralkodó nézet, de adataik alátámasztották. Ezzel az értelmezéssel összhangban volt az a megfigyelés, hogy az akridin által kiváltott DNS-mutációk szokatlan jellemzőkkel bírnak: teljesek vagy nem szivárognak (vagyis a mutáció a génfunkció teljes elvesztéséhez vezetett). Ez azt sugallta, hogy ezek a mutációk megakadályozták a kódoló régió megfelelő transzlációját a mutációs hely 3'-vége (lefelé) felé.
Crick és munkatársai továbbá azzal érveltek, hogy egy bázispár hozzáadásával okozott mutációt el lehet nyomni egy ellentétes típusú szoros mutációváltással, egy bázispár eltávolításával. Ez a második változás helyreállítaná a "természetes" olvasási keretet, a második mutáció helyének 3'-vége felé. Így csak a 2 mutációs változás helyszíne közötti DNS-szekvencia által meghatározott polipeptidszegmens változik meg.
Ezeket az előrejelzéseket egy proflavin által indukált T4 rII mutáns alkalmazásával tesztelték, amelyet FC0-nak jelöltek. Önkényesen feltételezték, hogy ez a mutáns egy bázispár ("+") hozzáadása eredményeként keletkezett. Ez a mutáció a T4 rII régió Cistron B specifikus szegmensének egy olyan helyéhez társult, amely Benzer szerint nem volt elengedhetetlen az rII B működéséhez. Ennek a genetikai régiónak az elemzéshez való kiválasztásának jelentősége az volt, hogy elvárható, hogy az aminosavak megváltozott szekvenciája a + (bázispár-hozzáadás) és - (bázispár-eltávolítás) változások közötti DNS-szegmens által a kiválasztott B régióban nem lenne káros.