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Codetta décode le code génétique de 250 000 génomes

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Codetta, une nouvelle méthode de calcul pour prédire les codes génétiques, pourrait révéler des informations sur la façon dont certains organismes modifient un code que l’on croyait auparavant universel.

Les scientifiques ont conçu un logiciel capable de lire le génome d’un organisme et d’apprendre les groupes de trois lettres, ou codons, qui codent pour un acide aminé particulier (indiqué par un disque rouge). Crédit : illustration par James Yang/www.jamesyang.com

Au XIXe siècle, la pierre de Rosette – une ancienne dalle rocheuse inscrite en trois langues – a aidé les scientifiques à déchiffrer les hiéroglyphes égyptiens. Maintenant, un programme informatique fait quelque chose de similaire au code génétique.

Le programme, appelé Codetta, peut lire la séquence du génome de n’importe quel organisme, puis cracher son code génétique.La clé biologique qui traduit l’information génétique en instructions pour la construction de protéines. Dans la plupart des parties de l’Arbre de Vie, ce symbole est universel. Mais les scientifiques ont trouvé quelques exceptions – dans certains organismes, l’information génétique code pour des instructions différentes de celles d’autres formes de vie.

Dans le plus grand criblage à ce jour de ces codes génétiques alternatifs, le programme a scanné plus de 250 000 séquences de génomes de bactéries et d’archées et a identifié cinq codons jamais vus auparavant, Kate Shulgina de l’Université Harvard et Howard Hughes, un chercheur médical. Shawn Eddy Rapport du 9 novembre 2021 dans la revue, eLife. « J’ai dit à Kate que ses nouveaux codes seraient inclus directement dans les manuels », explique Eddy.

La méthode de l’équipe est plus rapide, plus rigoureuse et plus complète que les efforts précédents, explique Ken Wolf, un généticien évolutionniste à l’University College Dublin qui n’a pas été impliqué dans la recherche. « Ils ont étudié tous les génomes disponibles de bactéries et d’archées – en gros, toutes les données disponibles. »

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Implications pratiques pour une action immédiate : les scientifiques utilisant Codetta, Et il est disponible gratuitement, sera capable de prédire correctement les protéines qu’un organisme fabrique. Mais le programme peut également débloquer des informations biologiques plus complètes.

La découverte de l’ensemble du code génétique utilisé dans les royaumes de la vie pourrait révéler un mystère biologique de longue date : comment un organisme pourrait-il changer son code génétique. « Il y a toutes sortes de théories, mais ça reste un vrai mystère », dit Eddy. « Comment cela pourrait-il arriver? »

Exceptions à la règle

Shulgina a découvert pour la première fois l’existence de codes génétiques alternatifs en 2016. Elle était étudiante en première année de cycle supérieur à l’Université Harvard, et cette idée a éveillé son intérêt.

Les élèves apprennent un principe de base qui sous-tend une grande partie de la biologie moléculaire : l’ADN code les instructions pour la construction des protéines. La cellule convertit l’ADN en messages d’ARN, puis traduit des blocs d’ARN de trois lettres en blocs de construction de protéines appelés acides aminés. Le code génétique est la « table de recherche » qui indique aux cellules quelles lettres coder pour trois acides aminés. Dans des organismes aussi divers que les colibris, bactéries coli, et la moisissure du pain, par exemple, a le code GGC pour l’acide aminé glycine.

Dans l’ADN, quatre bases chimiques (indiquées en vert, rouge, bleu et orange) réunies en longs brins contiennent des instructions pour la construction de protéines. Crédit : Irving Geis/HHMI

Jusqu’en 1979, la plupart des chercheurs croyaient que cela était universellement vrai. Cette année-là, le biologiste moléculaire Bart Barrell et ses collègues J’ai découvert Kharga. Les mitochondries humaines, les usines énergétiques de la cellule, ont modifié le code. Les chercheurs ont signalé que les lettres UGA codent pour l’acide aminé tryptophane plutôt qu’un signe d’arrêt indiquant la fin de la protéine, et AUA code pour la méthionine au lieu de l’isoleucine. C’était la première idée que le code génétique n’avait pas été gravé dans la pierre. peut évoluer.

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Au cours des décennies qui ont suivi, d’autres exemples de codes génétiques alternatifs ont afflué, provenant d’organismes tels que la levure, les bactéries et les protozoaires. Les scientifiques ont maintenant identifié près de 30 nouveaux symboles, et Shulgina s’est demandé s’il y en avait plus. Personne n’a mené d’enquête systématique. Sans connaître tous les codes génétiques utilisés, dit-elle, il est difficile de répondre aux questions générales sur l’évolution de ces variantes. « J’ai commencé à travailler sur un moyen de trouver de nouveaux codes génétiques pour comprendre leur évolution », dit-elle.

Elle a commencé à concevoir un algorithme capable de déchiffrer le code génétique de n’importe quel organisme et est venue demander conseil à Eddie. Eddy, un biologiste dont le laboratoire est spécialisé dans la comparaison des génomes, réfléchissait également à ce problème. « J’ai un petit carnet d’idées sur lesquelles je veux travailler, et c’était à l’intérieur », dit-il.

À la recherche de nouveaux codes génétiques

Shulgina a rejoint le laboratoire d’Eddie, et au cours des cinq années suivantes, leur idée s’est cristallisée sous la forme d’un programme informatique qu’ils ont appelé Codetta. En théorie, dit Shulgina, le principe du programme est simple.

Codetta lit le génome, puis clique sur une base de données de protéines connues pour calculer un éventuel code génétique. « Ma méthode tire parti du fait que l’on en sait beaucoup sur l’apparence attendue des protéines », dit-elle. Le logiciel peut utiliser ces informations pour découvrir quels groupes de trois lettres dans une séquence génomique particulière correspondent à des acides aminés.

Jusqu’à présent, les scientifiques utilisant des programmes similaires ont pu analyser des centaines de séquences génomiques. Codetta augmente considérablement la capacité des scientifiques à déchiffrer les codes, permettant à l’équipe de dépister systématiquement presque toutes les bactéries et archées connues – plus de 250 000 génomes – à la recherche de nouveaux codes génétiques.

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Leur analyse a révélé quelques surprises. L’équipe a découvert cinq cas dans lesquels le code de l’acide aminé arginine a été réinitialisé à un autre acide aminé. Les résultats représentent la première fois que les scientifiques ont vu un tel échange chez les bactéries. Shulgina dit que la grande question est de savoir pourquoi le code de l’arginine est si souvent modifié. Cela pourrait indiquer les forces évolutives responsables de l’élaboration de nouveaux codes.

Shulgina et Eddy sont maintenant à la recherche de nouvelles icônes. Comme ils ont tendance à apparaître dans de petits génomes, l’équipe prévoit de récupérer Codetta des virus et des parties cellulaires telles que les mitochondries et les chloroplastes. « Ce sera un riche terrain de chasse », dit Eddy.

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la citation

Y. Shulgina et S.R. Eddy. « Criblage informatique de codes génétiques alternatifs dans plus de 250 000 génomes.  » eLife. Publié en ligne le 9 novembre 2021. doi: 10.7554 / eLife.71402

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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial

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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut.
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut. CMSA

Les membres de l'équipage à bord de la station spatiale chinoise ont terminé avec succès les réparations après que des débris ont provoqué une panne de courant partielle dans l'installation, ont révélé mercredi des responsables de l'Agence chinoise pour l'espace habité (CMSA) lors d'une conférence de presse.

Les débris spatiaux ont heurté les câbles d'alimentation reliés aux ailes solaires du module central et ont été réparés par les astronautes lors de deux sorties dans l'espace à la station spatiale Tiangong, la plus récente au début du mois dernier.

L'équipage devrait revenir sur Terre le 30 avril après que les opérations de la station auront été transférées à l'équipage entrant de Shenzhou-18. Les médias d'État ont rapporté.

La CMSA s'efforce d'améliorer les procédures d'avertissement et d'évitement des collisions spatiales et a réduit le taux de fausses alarmes de 30 %, ont indiqué des responsables de l'agence. Dans le cadre d'une autre mesure visant à améliorer la sécurité, la caméra haute définition installée sur le bras robotique de Tiangong, ainsi que les caméras portables utilisées par les astronautes lors des sorties dans l'espace, seront utilisées pour examiner attentivement l'état de l'extérieur de la station afin de vérifier et d'analyser toute frappe. Mécanisme d'impact de petits débris.

La station spatiale chinoise orbite à environ 280 milles au-dessus de la Terre et à environ 30 milles au-dessus de la Station spatiale internationale. Cela place les deux installations en orbite proche de la Terre, là où se trouvent la plupart des déchets spatiaux dangereux.

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Les débris spatiaux sont constitués de satellites déclassés, de parties de fusées usées et d'un grand nombre de petits fragments résultant de collisions aléatoires impliquant ces objets. Ils voyagent autour de la Terre à une vitesse fulgurante et toute frappe sur l’une ou l’autre station spatiale peut potentiellement causer des dégâts considérables.

Les opérateurs des deux installations orbitales disposent de systèmes pour surveiller les déchets les plus gros, et si l'un d'entre eux est considéré comme étant sur le point d'entrer en collision avec une station, l'installation est déplacée vers une orbite supérieure ou inférieure pour l'éviter.

Lors d'un incident dramatique survenu en 2021, les membres de l'équipage à bord de la Station spatiale internationale ont reçu l'ordre de se réfugier dans leur vaisseau spatial lorsqu'un nuage de débris spatiaux dangereux – créé par un essai antimissile russe qui a détruit un vieux satellite – s'est approché de manière alarmante de la station. . Heureusement, la Station spatiale internationale a pu éviter tout dommage et l'équipage a été autorisé à reprendre ses fonctions normales.

Alors que de plus en plus de déchets spatiaux apparaissent constamment, un certain nombre d'entreprises explorent différentes façons de les éliminer afin de rendre les opérations en orbite proche de la Terre plus sûres, non seulement pour les stations spatiales, mais également pour les satellites opérationnels qui alimentent les services vitaux sur Terre. .

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

Les chercheurs ont identifié une enzyme capable de s’assembler en complexes aux géométries fractales. Les fractales – des modèles hiérarchiques dans lesquels des caractéristiques structurelles à des échelles plus grandes sont répétées à des échelles plus petites – sont bien connues au niveau macroscopique, mais on n'a pas encore observé qu'elles se formaient spontanément à partir de molécules biologiques au niveau moléculaire dans des cellules ou in vitro.

Maintenant, George K. une. Hochberg de l'Institut Max Planck de microbiologie terrestre et de l'Université Philips de Marburg, Jan M. Schuller de l'Université Philips de Marburg et leurs collègues ont découvert que l'enzyme citrate synthase extraite des cyanobactéries Staphylocoque long Les complexes se forment selon un motif fractal appelé triangle de Sierpiński (nature 2024, identification numérique : 10.1038/s41586-024-07287-2). Les triangles de Sierpiński sont constitués de petits triangles équilatéraux imbriqués dans des triangles équilatéraux plus grands.

Forme motivationnelle de S. rectangle La citrate synthase est l'hexadécane. Ces hexamères peuvent s'assembler en triangles de Sierpiński avec 18 ou 54 copies de la protéine (3 ou 9 hexamères). Pour former des fractales, l’enzyme tourne dans le sens opposé à celui dans lequel elle tourne pour lier le substrat pendant la catalyse. Les fractales « corrigent quelque chose d’une manière qui rend la stimulation difficile », explique Hochberg.

L’enzyme ne forme ces structures plus grandes que la nuit, lorsque le pH des cyanobactéries est approximativement neutre. « Il est possible que cette chose soit un accident inoffensif, car elle ne crée cette structure folle qu'à un moment de la journée où vous n'avez de toute façon pas besoin de l'enzyme », explique Hochberg. Le 18-mer se forme à des concentrations si faibles que Hochberg est convaincu qu’il est présent dans les cellules. Il pense que le 54-mer ne s’est peut-être pas formé physiologiquement.

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Les chercheurs ont utilisé la reconstruction de la protéine ancestrale pour étudier comment l’enzyme a développé sa capacité à former des fractales. L'acide glutamique et l'histidine nécessaires à l'interface de formation des fractales étaient présents dans des protéines ancestrales qui ne formaient pas de fractales. Le remplacement de la glutamine par la leucine a supprimé l’interaction qui empêchait la formation fractale. Ce changement les a incités à se rassembler.

« C'est étrange d'un point de vue évolutionniste », dit Hochberg. « Ce que cela signifie, c'est que tous les liens positifs qui unissent cette chose étaient déjà là. »

« C'est un excellent exemple de la façon dont les caprices de l'évolution peuvent conduire à la formation de structures qui seraient autrement difficiles à réaliser grâce à la conception de protéines, car les contacts interfaciaux, les conflits stériques et la flexibilité angulaire doivent être programmés dans une hiérarchie de facteurs non covalents. interactions », a écrit François Panix, qui a conçu des matériaux contenant la protéine On à l’Université de Washington, a déclaré dans un e-mail : « Un seul élément constitutif est exposé lorsqu’il s’assemble en une fractale. »

L'élimination de la capacité de l'enzyme à former des fractales n'a eu aucun effet notable sur les cellules, explique Hochberg. « Il est si facile de produire ces choses pour l'évolution en une seule étape mutationnelle, que nous devrions en fait nous attendre à ce que cela se produise parfois par hasard », dit-il. Si quelqu'un découvre un assemblage étrange similaire dans un autre organisme, il pourrait se demander s'il ne s'agit que d'un accident inoffensif, explique Hochberg.

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Des astronomes ont découvert des « embouteillages » de trous noirs dans les centres galactiques

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Des astronomes ont découvert des « embouteillages » de trous noirs dans les centres galactiques

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Couple normal individuel de M = 107M problème. Les lignes noires montrent le couple de type I ainsi que le couple GW. Les lignes violettes représentent le couple thermique, tandis que les lignes bleues représentent le couple total. Panneau de gauche : couple tracé dans l’espace R. Panneau de droite : couple tracé dans l’espace τ. Les lignes verticales pointillées indiquent τ± (vert) et τ0 (rouge), endroits où des pièges migratoires sont susceptibles de se produire. crédit: Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

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Couple normal individuel de M = 107M problème. Les lignes noires montrent le couple de type I ainsi que le couple GW. Les lignes violettes représentent le couple thermique, tandis que les lignes bleues représentent le couple total. Panneau de gauche : couple tracé dans l’espace R. Panneau de droite : couple tracé dans l’espace τ. Les lignes verticales pointillées indiquent τ± (vert) et τ0 (rouge), endroits où des pièges migratoires sont susceptibles de se produire. crédit: Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

Une étude internationale, dirigée par des chercheurs de l'Université Monash, a révélé des informations importantes sur la dynamique des trous noirs au sein des disques massifs situés au centre des galaxies.

Publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, l'étude Il montre les processus complexes qui déterminent quand et où les trous noirs ralentissent et interagissent les uns avec les autres, conduisant potentiellement à des fusions.

Les résultats de l’étude mettent en évidence les émissions d’ondes gravitationnelles (GW) provenant de la fusion des trous noirs, événements qui peuvent être détectés par des instruments tels que le Laser Gravitational Wave Observatory (LIGO).

Lorsque deux trous noirs se rapprochent trop, ils perturbent l’espace-temps lui-même, émettant des ondes gravitationnelles avant de finalement fusionner en un seul trou.

Le Dr Evgeny Grishin, chercheur postdoctoral à l'École de physique et d'astronomie de l'Université Monash qui a dirigé l'étude, a comparé le phénomène à une intersection très fréquentée sans feux de signalisation fonctionnels.

« Nous avons examiné combien et où nous aurions ces intersections très fréquentées », a déclaré le Dr Grishin.

La recherche s'est concentrée sur les centres des galaxies, où les trous noirs peuvent fusionner plusieurs fois en raison de l'énorme force gravitationnelle du trou noir supermassif situé au centre.

De plus, la présence d’un disque d’accrétion massif de gaz contribue à la luminosité de ces galaxies, les classant parmi les noyaux galactiques actifs (AGN).

L'interaction entre les trous noirs plus petits et le gaz environnant les fait migrer à l'intérieur du disque, s'accumulant dans des régions appelées pièges à migration. Ces pièges augmentent la possibilité de collisions rapprochées entre trous noirs, pouvant conduire à des fusions.

« Les effets thermiques jouent un rôle crucial dans ce processus, affectant l'emplacement et la stabilité des pièges migratoires. Cela implique notamment que nous ne voyons pas de pièges migratoires se produire dans les galaxies actives à grande luminosité », a déclaré le Dr Grishin.

Les résultats de l’étude font progresser notre compréhension des fusions de trous noirs et ont des implications plus larges pour l’astronomie des ondes gravitationnelles, l’astrophysique des hautes énergies, l’évolution des galaxies et la rétroaction des noyaux galactiques actifs.

« Malgré ces découvertes importantes, beaucoup de choses sur la physique des trous noirs et de leurs environnements restent inconnues », a déclaré le Dr Grishin. « Nous sommes satisfaits des résultats et nous sommes désormais sur le point de découvrir où et comment les trous noirs fusionnent dans les noyaux galactiques.

« L’avenir de l’astronomie des ondes gravitationnelles et de la recherche sur les noyaux galactiques actifs est exceptionnellement prometteur. »

Plus d'information:
Evgeny Grishin et al., Effet du couple thermique sur les pièges de migration des disques AGN et les amas d'ondes gravitationnelles, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

Informations sur les magazines :
Avis mensuels de la Royal Astronomical Society


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