荷兰科学家证实：DNA中存在第二个信息层

位于人体每个细胞中的DNA分子中定义的交替碱基序列使我们与您同在。同时，许多科学家一直在研究“替代”隐藏语言存在的可能性和可能性，该语言也编码基因组的重要信息，但是以不同的方式和不同的水平。这些编码的信息应作为行动指南，通过该指南，我们身体的细胞能够以严格定义的顺序识别和处理信息主体。



2016年6月7日，来自荷兰的一组科学家的工作成功证明了我们DNA中第二个隐藏信息层的存在，并发表在了科学出版物journals.plos.org的页面上。

DNA如何编码蛋白质的结构

如您所知，DNA的基础是宇宙的基本构成要素，它们决定了地球上所有生命的存在和繁殖的可能性。 DNA分子包含四种类型的含氮核苷酸碱基，用字母“ A”，“ T”，“ C”和“ G”表示。

我们每个细胞都包含约3万个不同的基因，而有些细菌仅需要500个基因。这些基因包含密码，根据密码可以合成蛋白质并确定其中的氨基酸顺序。不管细胞在人体中的什么位置，它们总是包含相同的基因集。但是，根据细胞的类型（皮肤细胞，神经细胞或肌肉细胞），不同的基因会参与其中以合成新蛋白质。

细胞染色体中的DNA长链被紧密压缩。 DNA在染色体中的紧凑排列归因于缠绕有DNA链的特殊蛋白质。但是细胞中存在蛋白质，为了促进根据DNA中包含的密码合成新蛋白质，如有必要，可将DNA从紧密形式转移到扩展形式。在这些蛋白质的影响下，准备分裂的染色体细胞展开，从那一刻起占据了1万倍的空间。

长DNA分子的一部分“ A”，“ T”，“ C”和“ G”型核苷酸按一定顺序排列，以确保合成过程中蛋白质的编码，这种蛋白质由20种不同类型的氨基酸组成。同时，DNA扮演基质的角色-每个蛋白质都有其自己的基因，根据该样本进行合成所需蛋白质的氨基酸。因此，遗传密码体现在蛋白质中，而基因中核苷酸的序列决定了蛋白质中氨基酸的序列。最简单的类比是莫尔斯电码，其中的点，破折号及其组合对应于某些字母。一次读取三个的核苷酸序列对应于蛋白质中的氨基酸序列。在这种情况下，一次读取的一组三个核苷酸编码一个氨基酸。例如，AUG核苷酸组编码氨基酸酸蛋氨酸。

有64种核苷酸组合，但仅合成20种不同类型的氨基酸。这意味着某些三元核苷酸序列不用于氨基酸合成，而是表明合成过程中断。没有完全无意义的三元核苷酸集-它们每个都执行某些特定功能。有几套编码相同氨基酸的核苷酸。最大的基因由位于其每条链上的200万个核苷酸组成，最小的为一千个。

读取遗传信息（“转录”）的过程始于在染色体末端发现并部署一小部分DNA双螺旋结构。然后，随着复制过程的进行，这部分染色体的遗传密码被复制到不断增长的RNA分子上，而蛋白质复制机制沿着DNA链移动。当所谓的氨基酸末端基团在RNA末端合成时，遗传密码的转移过程即告结束-它的存在预示着该密码蛋白质链的末端。

这些碱基在分子中的交替顺序决定了信息，这些信息使我们身体的细胞能够产生严格定义数量的必需蛋白质并支持其他重要功能。但是，尽管事实上我们身体的所有细胞都包含相同的基因集，但细胞本身却​​以不同的方式发育，对此最简单的确认是组成各种器官的各种类型的组织细胞的存在。而这一切一次又一次地使科学家寻找“冗余”的另一项关键，即尚未完全解密的信息。



DNA分子非常紧凑。另一方面，众所周知，在一个不规则的形式中，一个单元中包含的分子链平均为2米。根据自上世纪80年代以来一直没有改变的假说，DNA分子的机械性质决定了它如何在细胞内“折叠”。荷兰科学家的最新研究证实：分子形状的变化会导致DNA螺旋的“卷积”发生变化。正是这一事实使人们有可能谈论DNA中第二种编码机制的存在，该机制在支持蛋白质繁殖的过程中的重要性不亚于主要遗传密码。

由Helmut Schiessel领导的莱顿物理研究所的一个研究小组开发了一种计算机模型，其目的是检验上述假设并找到证明其有效性的方法。所考虑的模型的逻辑基础是面包酵母和裂殖酵母属酵母的相似细胞，其含有具有相同碱基序列但具有不同机械特性的DNA分子。

正如对该模型的数学分析所表明的，酵母DNA分子实际上在不同算法中受不同机械影响的情况下扭曲（构型）并获得紧凑的大小。

辅助代码的其他证据

DNA中包含的主要遗传密码在上个世纪60年代被部分解密。从那一刻起，科学界就完全确定，只有有关人体细胞对外部事件和刺激产生反应的蛋白质的信息才会记录在DNA中。尽管随着时间的流逝，这个概念有所扩展，但DNA中“单语”编码的基本原理仍然保持不变。

但是，这一方向的研究仍在继续。 2013年，华盛顿大学（UW）的一组科学家首次宣布存在一个隐藏的二级密码，该密码最直接确定DNA中所含基本遗传指令序列的阅读顺序。证实该假设有效性的研究结果已在《科学》杂志上发表。

科学家得出结论，遗传密码中的信息是用两种不同的语言编写的。第一个描述并调节细胞产生的蛋白质的结构和数量，第二个确定控制基因读取的指令序列。正如科学家在其出版物中所指出的那样，第二种语言的结构是在第一种语言的结构之上编写的，这是主要原因，因为它“在最可见的位置”被隐藏了这么长的时间，因此一直未被科学界关注。

通过研究遗传序列，科学家得出的结论是，称为duons的某些类型的密码子（最多占总数的15％）可以具有两种含义，一种含义与蛋白质结构的描述有关，另一种则与基因管理的原理有关。而且，这两个值彼此之间非常紧密地相关，因为在某些情况下，基因控制的说明使您可以在生产最复杂蛋白质的某些部分使其稳定。正是duons构成了第二种语言的构建基础，借助第二种语言，第二层信息被记录在DNA中。

华盛顿大学医学与基因组学教授约翰·斯塔玛托南诺普洛斯博士说：“ 40多年来，我们相信DNA分子遗传密码的所有变化仅影响细胞中产生蛋白质的功能。”在阅读遗传信息时，我们几乎错过了一半，这反过来又扭曲了我们对知识的整体了解。有了关于附加信息可用性的新知识，不久之后，我们将能够在当今自然界创造的最强大的信息存储设备中，完全读取用DNA编写的所有内容。”

工作价值

知道DNA分子同时包含两种类型的信息这一事实将使科学家能够更充分地认识到蛋白质的变化，这些变化是由影响DNA结构的诱变过程导致的。准确，完整地了解蛋白质结构的变化，将使科学家能够准确而明确地确定哪些疾病最终成为此类变化的原因和后果，并根据仅控制基因功能的DNA信息部分的变化开发治疗疾病的新方法。

另一方面，科学家们首次能够证实遗传突变（如先前所建议的那样仅会影响遗传序列基本密码的结构）会影响DNA的机械结构，进而导致阅读序列发生变化。蛋白质生产的说明，改变蛋白质的类型和数量。

_{在莱顿物理研究所的网站上
发表有关PLOS期刊的工作的详细说明}

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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN395077/