Очень интересно, что таким образом «перекашивать» может даже близкие биологические виды. Когда у одного вида (из конкретного биологического рода) наблюдается общий «перекос» (по большинству генов) в сторону одних синонимичных кодонов. А другой вид из этого же рода (!) предпочитает уже другие синонимичные кодоны.
Такой же феномен нередко наблюдается и на уровне биологического рода. Когда однотипный «профиль синонимичных предпочтений» имеется у близких видов одного рода, при этом отличаясь от предпочтения кодонов уже в «соседних» биологических родах (Grantham et al., 1980).
Например, в результате обширного исследования[38] было показано, что геномы 11 из 12 видов плодовых мушек рода Drosophila – ясно показывают однотипное предпочтение кодонов (заканчивающихся на G или C) по всем аминокислотам, за исключением серина. То есть, здесь четко наблюдаётся однотипное предпочтение кодонов в рамках биологического рода (Vicario et al., 2007). Но вот конкретно у плодовой мушки Drosophila willistoni почему-то наблюдается преобладание уже других кодонов, которые заканчиваются на Т или А вместо С (Vicario et al., 2007). То есть, этот пример демонстрирует отличия в предпочтении кодонов даже у разных биологических видов в рамках одного и того же рода. Почему это так, остаётся лишь гадать.[39]
Интересно, что такие генетические особенности организмов (разные предпочтения синонимичных кодонов в разных биологических группах) уже давно учитываются генетиками в их практической деятельности. В биотехнологических разработках, при внедрении чужого гена в новый организм, синтез белка с этого гена может оказаться не эффективным (или недостаточно эффективным). В том числе, из-за резкой разницы между «профилями синонимичных предпочтений» у модифицируемого организма и внедряемого гена. В таком случае приходится делать либо соответствующий редизайн нуклеотидной последовательности целевого гена, то есть, переделывать этот ген таким образом, чтобы его синонимичные предпочтения подошли к синонимичным предпочтениям «хозяина» (см. например, Gustafsson et al., 2004). Или наоборот, можно предложить генетическую модификацию соответствующих генов «хозяина», таким образом, чтобы уровень синтеза его транспортных РНК подошел бы к синонимичным предпочтениям внедряемого гена (см. например, Kane, 1995).
В связи с такими фактами (наблюдаемой неслучайности распределения синонимичных замен), была озвучена гипотеза, что эволюция организмов должна протекать в пользу тех синонимичных замен, которые могут обеспечить, например, более быстрый синтез белка. Вот поэтому мол, у многих организмов и наблюдается явный «перекос» в пользу определенных синонимичных замен. То есть, естественный отбор поддерживает такие случайные мутации, которые приводят к синонимичным заменам, ускоряющим синтез белков.[40] Однако другие случайные мутации и дрейф генов вмешиваются в ход этого отбора, снова и снова встраивая в гены организмов не-оптимальные синонимичные кодоны.[41] В результате мы и наблюдаем неравномерное распределение синонимичных кодонов у многих биологических видов – естественный отбор постепенно создаёт неравное распределение, а случайные мутации и дрейф генов пытаются всё это «сгладить» обратно.
Однако такую гипотезу можно упрекнуть в упрощении ситуации. Ведь далеко не всегда организму требуется именно быстрый синтез белка (в большом количестве). Допустим, какой-то синонимичный кодон является более «медленным», чем другой. Тогда, используя в разных случаях «быстрые» и «медленные» кодоны, мы получим, соответственно, более мощный или менее мощный синтез одного и того же белка (см. напр., Stenico et al., 1994). Но если этот белок является регуляторным (участвующим в развитии организма), тогда такие различия могут легко изменить развитие целого организма в ту или другую сторону. Даже самым радикальным образом.[42]
Можно придумать и какие-то другие теоретические случаи, в которых организму был бы полезен строго «дозированный» синтез белка (а не максимально эффективный).
И действительно, в сравнительно недавней работе (Xu et al., 2012) было прямо показано, что искусственная замена у цианобактерии Synechococcus elongate её родных «неоптимальных» (более медленных) кодонов на «оптимальные» (более быстрые)[43] – вовсе не повысила приспособленность этой бактерии. Наоборот, проделанные генетические изменения (с синонимичными кодонами) так изменили «биологические часы» этой бактерии, что её приспособленность снизилась.[44] В результате, авторы написали прямо в резюме, что они обнаружили прямой эффект от использования конкретных синонимичных кодонов на приспособленность организма. И что установленный ими биологический факт является ключевым примером, показывающим биологическую значимость даже «неоптимальных» синонимичных замен (Xu et al., 2012).[45]
В другой, аналогичной по смыслу работе (Zhou et al., 2012), искусственно созданные «оптимальные» синонимичные замены тоже нарушили нормальную жизнедеятельность плесени Neurospora. Причем нарушили в еще большей степени, чем у цианобактерий из предыдущего исследования. Более того, замена «не-оптимальных» синонимичных кодонов на «оптимальные» в этом случае даже привела к изменению конформации соответствующего белка (Zhou et al., 2012).
Это еще одна интересная фактическая подробность, которая показывает роль даже таких (казалось бы, ничтожных) генетических различий, как синонимичные замены. Причем тот факт, что определенное сочетание «быстрых» и «медленных» кодонов может помогать белку сворачиваться именно правильным образом – был отмечен и в других научных работах (см. например, Marin, 2008). Вот тебе и «нейтральные мутации».
К сожалению, факты, показывающие биологическую роль даже синонимичных кодонов – не укладываются в уже общепринятое мнение о нейтральности подобных различий. Более того, такие факты подрывают доверие к «генетическим доказательствам эволюции» в целом.[46] Наверное поэтому о существовании таких фактов от «теоретиков эволюции» можно услышать не часто. Несмотря на то, что некоторым опубликованным работам, посвященным явлению неравного распределения синонимичных кодонов (что указывает на возможный биологический смысл) – уже более 30 лет. Тем не менее, большинство «эволюционных теоретиков» продолжают игнорировать такую возможность, рассуждая о синонимичных заменах исключительно как о равнозначных, случайных и не имеющих особого биологического смысла «нейтральных мутациях».
Именно в таком ключе я говорил о синонимичных заменах чуть выше. Но если определенная часть синонимичных замен всё-таки имеет биологический смысл, тогда значительная часть моей речи про Николь Кидман, кроликов и «нейтральные мутации» – теряет всякий смысл. Потому что становится опять неизвестно, то ли синонимичные замены – это свидетельство миллионов лет эволюции, когда между неисчислимыми эволюционными предками Николь Кидман и кроликами постепенно накапливались нейтральные мутации (в том и числе и синонимичные)… А то ли эти «нейтральные мутации» – вовсе не нейтральные, и даже совсем не мутации. А вполне определенные генетические различия, которые имеют определенный биологический смысл, и все вместе служат для того, чтобы Николь Кидман была именно Николью, а не кроликом.
