Když vědci mluví o genetickém kódu, obvykle mají na mysli dobře známý proces, kterým se DNA převádí do proteinů – molekulárních strojů života. Ale co když je to jen polovina příběhu?
Nová studie člena NanoPrecMed Andrewa Millera a jeho týmu představuje odvážnou myšlenku: Genetický kód by mohl nejen určovat, které aminokyseliny tvoří protein, ale také to, jak se tyto aminokyseliny uspořádají v prostoru – tedy jak se skládají – a jak proteiny vzájemně interagují. Tento princip nazývají „univerzální proteomový kód“.
Od kódu ke struktuře: Proč je skládání klíčové
I ve škole se učíme, že každá třípísmenná kombinace DNA (kodon) kóduje jednu z 20 aminokyselin. Tyto aminokyseliny, spojené dohromady, tvoří základní strukturu proteinu. Proteiny však nefungují jako jednoduché řetězce – musí se složit do velmi specifického 3D tvaru, aby mohly fungovat například jako enzymy, protilátky nebo svalové složky. Špatně složené proteiny mohou být nejen zbytečné, ale mohou také způsobit onemocnění, jako je Alzheimerova nebo Parkinsonova choroba.
Ačkoli moderní modely umělé inteligence dosáhly velkého pokroku v předpovídání procesů skládání, často zůstávají černou skříňkou: Obvykle ukazují, co se děje, ale ne nutně proč. Právě zde přichází na řadu nová studie.
Další kód v kódu?
Studie, vedená Yazanem Haddadovým a Andrewem Millerem na Mendelově univerzitě v České republice, je založena na hypotéze, kterou Miller formuloval před více než 20 lety: Genetický kód musí obsahovat další vrstvu informací: „proteomový kód“ nebo „druhé genetické kódování“, které ovlivňuje interakce mezi aminokyselinami.
Na základě biofyzikálních a genetických principů tým identifikoval tři nové modely párování aminokyselin (GU, Transmuted a Shift)1, které byly detekovány s vysokou statistickou významností ve všech hlavních proteinových strukturách. Tyto modely tvoří základ „univerzálního proteomového kódu“, který podle výzkumníků vysvětluje, proč se určité aminokyseliny prostorově přitahují nebo vyhýbají, a tím řídí strukturu a funkci proteinů.
Univerzální kód?
Je to skutečně „druhé“ genetické kódování? Výzkumníci říkají: Ano. Argumentují, že redundance a struktura známého genetického kódu obsahují další, logicky odvoditelné informace – v podstatě neviditelný návod k použití pro skládání proteinů.
Pokud se tento kód potvrdí a ustálí, mohl by nejen pomoci cíleně navrhovat proteiny (například pro léky, vakcíny nebo syntetické materiály), ale také zásadně změnit naše chápání genetických mutací a jejich vlivu na nemoci. Dokonce i výuka molekulární biologie by musela být přehodnocena.
Co bude dál?
Pokud se proteomový kód osvědčí – a důkazů přibývá – mohl by mít dalekosáhlé důsledky: od racionálních předpovědí struktur založených na proteinech až po nové genetické terapie. Je pozoruhodné, že se vědci nespoléhají na velká data ani strojové učení. Místo toho používají logické, genetické a biofyzikální principy k vývoji vysvětlitelných modelů.
Andrew Miller to dokonale shrnuje: „Není to proti umělé inteligenci – je to post-AI.“
Studie poukazuje na hlubší logiku v biologii, která propojuje strukturu a funkci na dříve nerozpoznané úrovni. Koneckonců, v přírodě jsou věci jen zřídka náhodné. Pokud existuje druhá vrstva genetické informace, je to pravděpodobně proto, že je potřeba.