Cum a fost stabilit tripletul codului genetic; Nutriție personalizată
George Beadle și Edward Tatum, în studiile lor de pionierat cu ciuperca Neurospora, au sugerat o relație 1: 1: 1 între genă, enzimă și reacție biochimică. Dar modul în care secvența nucleotidică a fiecărei gene a fost legată de secvența de aminoacizi a proteinei sale codificate a rămas o întrebare fără răspuns.
În articolul din Nature din 1961 intitulat „Natura generală a codului genetic pentru proteine”, Francis Crick, Leslie Barnett, Sydney Brenner și Richard Watts-Tobin au rezolvat în cele din urmă puzzle-ul. Ei au concluzionat corect că codul genetic este un cod triplu, codul este redundant (numit și degenerat: redundanța sau degenerarea este o caracteristică a codului genetic, regula corespondenței dintre secvența nucleotidică a acizilor nucleici și secvența aminoacizilor polipeptidele; se referă la faptul că există mai mulți codoni diferiți decât sunt necesari pentru stocarea informațiilor genetice), tripletele nu se suprapun, nu există virgule (deși intronii au fost descoperiți ulterior) și fiecare secvență de nucleotide este citită dintr-un pornind de la un punct de plecare specific.
În 1961, singura procedură analitică care ar putea fi utilizată pentru a ordona presupusa secvență nucleotidică a unei gene a fost cartarea structurilor genetice folosind mutanți cu modificări ale genei menționate. Site-urile modificate mutational mapate prin aceasta procedura au fost site-uri putative de schimbare a nucleotidelor.
Din fericire pentru Crick și colaboratorii săi, Seymour Benzer a dezvoltat, la sfârșitul anilor 1950, un test elegant folosind mutații în regiunea rII a fagului T4 (care are 2 gene adiacente, numite cistroni A și B - cistronul este cea mai mică unitate de material genetic capabil să fie responsabil pentru sinteza unei polipeptide). Cu acest sistem, Benzer a furnizat prima hartă structurală detaliată a unei regiuni genetice, în acest caz genomul fagului.
În ciuda incapacității de a secvența ADN-ul, Crick și colegii săi au fost convinși că ar putea utiliza mutageneză și recombinare genetică cu sistemul T4 rII pentru a cartela siturile modificate din această regiune genetică și a stabili natura generală a codului genetic.
Harta lui Benzer a regiunii T4 rII a fost în concordanță cu concluzia că fiecare genă a fost alcătuită dintr-o secvență liniară de nucleotide, fiecare dintre acestea putând suferi o schimbare ereditară care ar putea modifica produsul proteic. Că polipeptidele constau, de asemenea, din secvențe liniare de aminoacizi, au fost stabilite anterior de Fred Sanger și alții.
Apoi, în 1958 Vernon Ingram a arătat că o polipeptidă mutantă a hemoglobinei umane a avut o singură modificare a aminoacizilor. Concluzia logică derivată din aceste studii și din studiile conexe a fost că fiecare genă consta dintr-o secvență liniară unică de nucleotide și că această secvență a fost tradusă într-o secvență liniară unică de aminoacizi. Dacă această interpretare a fost corectă, atunci ar trebui să existe un „cod genetic” care să raporteze secvența nucleotidică a fiecărei gene cu secvența de aminoacizi a proteinei sale codificate.
Crick propusese ipoteza „adaptorului” - că moleculele specifice (identificate ulterior ca ARNt) erau responsabile pentru „traducerea” unei secvențe de nucleotide specifice într-un aminoacid specific. La rândul său, Brenner a comparat secvențele cunoscute de aminoacizi ale proteinelor și a concluzionat că codul genetic nu se poate suprapune (una dintre mai multe posibilități), deoarece fiecare aminoacid ar putea fi localizat adiacent cu fiecare dintre ceilalți 19 aminoacizi.
Strategia lui Crick pentru a determina care dintre „codurile” potențiale a fost corectă s-a bazat pe credința sa că o clasă de mutageni, coloranți acridinici (cum ar fi proflavina) au cauzat adăugări de perechi de baze sau scăderi ale ADN-ului. Aceasta nu era viziunea predominantă la momentul respectiv, dar era susținută de datele lor. În concordanță cu această interpretare a fost observația că mutațiile ADN induse de acridină aveau o caracteristică neobișnuită: erau totale sau nelicite (adică mutația a dus la pierderea completă a funcției genice). Acest lucru a sugerat că aceste mutații au împiedicat translația corectă a regiunii de codificare către capătul 3 '(în aval) al sitului mutației.
Crick și colegii săi au mai argumentat că o mutație cauzată de adăugarea unei perechi de baze ar putea fi suprimată printr-o schimbare mutațională apropiată de tipul opus, eliminarea unei perechi de baze. Această a doua schimbare ar restabili cadrul de citire „natural”, spre capătul 3 'al locului celei de-a doua mutații. Astfel, doar segmentul polipeptidic specificat de secvența ADN dintre situsurile celor 2 modificări mutaționale ar fi modificat.
Au testat aceste predicții folosind un mutant T4 rII indus de proflavină pe care l-au desemnat FC0. Ei au presupus în mod arbitrar că acest mutant a apărut ca urmare a adăugării unei perechi de baze (numită „+”). Această mutație a fost mapată la un site dintr-un segment specific al cistronului B din regiunea T4 rII care, în conformitate cu Benzer, nu a fost esențială pentru funcția rII B. Semnificația selectării acestei regiuni genetice pentru analiză a fost așteptarea ca o secvență modificată de aminoacizi să fie specificată. prin segmentul ADN între + (adăugarea perechii de baze) și - (eliminarea perechii de baze) modificările din regiunea B selectată nu ar fi dăunătoare.