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池塘微生物改寫「基因句點」,遺傳密碼的通則再添例外

一次測試單細胞定序流程的例行實驗,意外揭開一種纖毛蟲與眾不同的讀碼方式;它提醒科學界,生命共用的語言遠比教科書中的版本更有彈性。

By SURL BioNews

遺傳密碼常被形容為生命的共同語言:DNA中的三個鹼基組成一個密碼子,指示細胞接上哪一種胺基酸,或在蛋白質合成到此為止時喊停。這套規則在大多數生物中高度保守,因此每一次例外被發現,都不只是奇聞,而是迫使研究者重新檢視生命如何在看似固定的框架內演化。

這次的意外主角,是一種從英國牛津大學公園淡水池塘中分離出的微小纖毛蟲,研究團隊稱為 Oligohymenophorea sp. PL0344。根據Earlham Institute的說明,研究人員原本是在測試一套低起始量的單細胞DNA定序流程,並非刻意尋找異常遺傳密碼;然而基因組與轉錄組資料對不上常規讀碼表,才讓這個異樣訊號浮上檯面。

在標準遺傳密碼中,TAA、TAG與TGA通常都是停止密碼子,負責標記一段蛋白質編碼序列的終點。但PLOS Genetics刊出的研究顯示,這種未培養成功的新纖毛蟲只保留TGA作為停止訊號;TAA被重新指定為離胺酸,TAG則被重新指定為麩胺酸。換言之,兩個在多數生命中代表「句點」的符號,在這個生物裡變成了不同的「字」。

這種安排之所以特別,不只在於停止密碼子被改寫。纖毛蟲本來就是遺傳密碼變異較多的類群,過去也已知有物種會把停止密碼子轉作胺基酸用途;但研究論文指出,UAA與UAG分別編碼不同胺基酸的情形,是目前所知首個這類遺傳密碼變體。研究團隊還在基因組中找到與這些重新指定密碼子互補的抑制型tRNA基因,為「讀碼表確實改變」提供了分子層面的支持。

從演化角度看,這像是在一套古老語法中偷偷改了標點規則,卻仍讓整篇文章能被順利讀完。蛋白質合成需要避免錯停、漏停或讀錯胺基酸,任何改動都可能帶來代價;因此這類例外有助於研究人員追問,遺傳密碼究竟在什麼條件下能被重新分配,又有哪些細胞機制能讓改寫後的系統維持可用。

不過,這項發現目前仍主要來自基因組、轉錄組與tRNA基因等序列證據。研究對象是尚未建立穩定培養系統的纖毛蟲,來源也限於特定淡水樣本;它不能直接推論為多數生物的讀碼規則都同樣鬆動,也不代表醫學或生物技術應用已近在眼前。相關資料已存入European Nucleotide Archive,研究團隊並在Zenodo提供支持資料,讓其他研究者有機會重新分析與比對。

真正的意義,或許在於它把「例外」從邊角推回核心問題:生命不是只靠一套固定字典延續,而是在漫長演化中反覆測試可行的讀法。這隻池塘中的微生物提醒人們,即使是被視為生命基本規則的遺傳密碼,也可能在不起眼的水滴裡保留尚未被讀懂的版本。

References

  1. ScienceDaily Genetics
  2. Earlham Institute
  3. PLOS Genetics