โปรแกรมใหม่ถอดรหัสรหัสพันธุกรรมของลำดับจีโนม – Harvard Gazette

Yekaterina “Kate” Shulgina เป็นนักศึกษาชั้นปีที่ 1 ของ Graduate School of Arts and Sciences โดยมองหาโครงการชีววิทยาเชิงคำนวณสั้นๆ เพื่อที่เธอจะได้ตรวจสอบข้อกำหนดของโปรแกรมของเธอในด้านชีววิทยาระบบ เธอสงสัยว่ารหัสพันธุกรรมที่เคยคิดว่าเป็นสากลสามารถพัฒนาและเปลี่ยนแปลงได้อย่างไร

นั่นคือในปี 2559 และชูลจินาได้ออกมาอีกด้านหนึ่งของโครงการระยะสั้นพร้อมวิธีการถอดรหัสความลึกลับ เธออธิบายเรื่องนี้ในบทความใหม่ในวารสาร eLife กับ Sean Eddy นักชีววิทยาของ Harvard

รายงานนี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับโปรแกรมคอมพิวเตอร์ใหม่ที่พัฒนาโดย Shulginเอ ที่สามารถอ่านลำดับจีโนมของสิ่งมีชีวิตใด ๆ แล้วกำหนดรหัสของมัน โปรแกรมที่เรียกว่า Codetta มีศักยภาพที่จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ขยายความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของรหัสพันธุกรรมและตีความรหัสของสิ่งมีชีวิตที่จัดลำดับใหม่ได้อย่างถูกต้อง

“สิ่งนี้คือคำถามทางชีววิทยาขั้นพื้นฐาน” ชูลจินา ผู้ซึ่งทำวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาของเธอที่ Eddy’s Lab กล่าว

รหัสพันธุกรรมคือชุดของกฎเกณฑ์ที่บอกเซลล์ถึงวิธีการแปลการรวมตัวอักษรสามตัวของนิวคลีโอไทด์ให้เป็นโปรตีน ซึ่งมักเรียกกันว่าส่วนประกอบสำคัญของชีวิต เกือบทุกสิ่งมีชีวิตจาก อี. โคไล สำหรับมนุษย์นั้นใช้รหัสพันธุกรรมเดียวกัน นั่นเป็นสาเหตุที่ครั้งหนึ่งเคยคิดว่ารหัสจะถูกตั้งเป็นหิน แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบสิ่งผิดปกติจำนวนหนึ่ง – สิ่งมีชีวิตที่ใช้รหัสพันธุกรรมทางเลือก – มีอยู่โดยที่ชุดคำสั่งต่างกัน

นี่คือจุดที่ Codetta สามารถเปล่งประกายได้ โปรแกรมนี้สามารถช่วยระบุสิ่งมีชีวิตจำนวนมากขึ้นที่ใช้รหัสพันธุกรรมทางเลือกเหล่านี้ ซึ่งช่วยให้เกิดความกระจ่างใหม่ว่ารหัสพันธุกรรมสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างไรตั้งแต่แรก

“การทำความเข้าใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรจะช่วยให้เราตกลงกันได้ว่าทำไมในตอนแรกเราคิดว่าสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ … และกระบวนการพื้นฐานจริงๆ เหล่านี้ทำงานอย่างไร” ชูลจินากล่าว

แล้ว Codetta ได้วิเคราะห์ลำดับจีโนมของแบคทีเรียมากกว่า 250,000 ตัวและสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอื่น ๆ ที่เรียกว่าอาร์เคียเพื่อหารหัสพันธุกรรมทางเลือก และได้ระบุห้าชนิดที่ไม่เคยเห็นมาก่อน ในทั้งห้ากรณี รหัสสำหรับกรดอะมิโนอาร์จินีนถูกกำหนดใหม่เป็นกรดอะมิโนที่ต่างกัน เชื่อกันว่าเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นการสลับกันของแบคทีเรียและอาจบ่งบอกถึงพลังวิวัฒนาการที่จะเปลี่ยนรหัสพันธุกรรม

นักวิจัยกล่าวว่าการศึกษานี้เป็นการตรวจคัดกรองรหัสพันธุกรรมทางเลือกที่ใหญ่ที่สุด Codetta วิเคราะห์ทุกจีโนมที่มีอยู่สำหรับแบคทีเรียและอาร์เคียเป็นหลัก ชื่อของโปรแกรมเป็นการข้ามระหว่าง codons ลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่ก่อตัวเป็นชิ้นส่วนของรหัสพันธุกรรม และ Rosetta Stone ซึ่งเป็นแผ่นหินที่จารึกข้อความคู่ขนานในภาษากรีกโบราณ Demotic และ Egyptian ซึ่งทำหน้าที่เป็น กุญแจสำคัญสำหรับผู้เชี่ยวชาญที่พยายามถอดรหัสอักษรอียิปต์โบราณ

งานนี้ถือเป็นช่วงเวลาสำคัญสำหรับ Shulgina ซึ่งใช้เวลาห้าปีที่ผ่านมาในการพัฒนาทฤษฎีทางสถิติที่อยู่เบื้องหลัง Codetta เขียนโปรแกรม ทดสอบ และวิเคราะห์จีโนม มันทำงานโดยการอ่านจีโนมของสิ่งมีชีวิตแล้วแตะลงในฐานข้อมูลของโปรตีนที่รู้จักเพื่อสร้างรหัสพันธุกรรมที่น่าจะเป็นไปได้ มันแตกต่างจากวิธีการที่คล้ายคลึงกันเนื่องจากขนาดที่สามารถวิเคราะห์จีโนมได้

Shulgina เข้าร่วมห้องทดลองของ Eddy ซึ่งเชี่ยวชาญในการเปรียบเทียบจีโนมในปี 2559 หลังจากมาหาเขาเพื่อขอคำแนะนำเกี่ยวกับอัลกอริทึมที่เธอออกแบบเพื่อตีความรหัสพันธุกรรม

จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีใครทำการสำรวจเกี่ยวกับรหัสพันธุกรรมทางเลือกในวงกว้างเช่นนี้

“เป็นเรื่องดีที่ได้เห็นรหัสใหม่ๆ เพราะสำหรับทั้งหมดที่เรารู้ Kate จะทำงานทั้งหมดนี้ และจะไม่มีทางกลายเป็นรหัสใหม่ให้ค้นหาอีก” เอ็ดดี้ ผู้ซึ่งเป็นนักวิจัยด้านการแพทย์ของ Howard Hughes กล่าว นอกจากนี้ เขายังระบุถึงศักยภาพของระบบที่จะใช้เพื่อรับรองความถูกต้องของฐานข้อมูลจำนวนมากที่มีลำดับโปรตีน

“ลำดับโปรตีนจำนวนมากในฐานข้อมูลในปัจจุบันเป็นเพียงการแปลแนวคิดของลำดับดีเอ็นเอของจีโนมเท่านั้น” เอ็ดดี้กล่าว “ผู้คนขุดค้นลำดับโปรตีนเหล่านี้เพื่อหาสิ่งที่มีประโยชน์ทุกประเภท เช่น เอ็นไซม์ใหม่หรือเครื่องมือแก้ไขยีนใหม่ และอื่นๆ คุณต้องการให้ลำดับโปรตีนเหล่านั้นถูกต้อง แต่ถ้าสิ่งมีชีวิตนั้นใช้รหัสที่ไม่เป็นมาตรฐาน พวกมันจะถูกแปลอย่างผิดพลาด”

นักวิจัยกล่าวว่าขั้นตอนต่อไปของงานคือการใช้ Codetta เพื่อค้นหารหัสทางเลือกในไวรัส ยูคาริโอต และจีโนมของอวัยวะต่างๆ เช่น ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

“ชีวิตยังมีอีกมากที่เรายังไม่ได้ทำการตรวจคัดกรองอย่างเป็นระบบ” ชูลจินากล่าว

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*