Великий вибух у білковому всесвіті?

Дослідники Іспанського центру геномного регулювання (CRG) демонструють докази на підтримку спільних предків життя завдяки новому обчислювальному підходу до вивчення еволюції білка.

вибух

Робота, опублікована в Nature, черпає натхнення у астронома Едвіна Хаббла і використовує свій підхід для вивчення еволюції білка. Екстраполяція підходу Хаббла до білків показує, що білки, які мають спільного предка мільярди років тому, продовжують розходитися у своєму молекулярному складі.

Дослідження показує, що еволюція білка не досягла своєї межі, і вона все ще продовжується. У той же час він надає нам нову інформацію про те, чому ця еволюція є настільки повільною та консервативною, показуючи, що білкові структури є більш еволюційною пластикою, ніж вважалося раніше.

Майже 100 років тому Едвін Хаббл зауважив, що далекі галактики віддаляються від Землі швидше, ніж ті, що розташовані ближче. Ця залежність між відстанню і швидкістю широко цитується як доказ походження Всесвіту від Великого Вибуху. Дослідники Центру геномної регуляції використали його підхід для дослідження дивергенції між білковими послідовностями.

"Ми хотіли знати, чи триває розбіжна еволюція між білками. Сьогодні ми можемо знайти білки, які все ще схожі після майже 3,5 мільярдів років еволюції. Наше дослідження показало, що їх розбіжність триває, коли ці білки стають все більш і більш різними незважаючи на їх неймовірний рівень збереження ", - сказав Федір Кондрашов, головний слідчий проекту та керівник групи" Еволюційна геноміка "в CRG.

Робота, яку виконали Кондрашов та Інна Поволоцька, виходить за рамки досліджень подібності та обговорює еволюцію білків з точки зору еволюційної динаміки, пропонуючи новий погляд на те, як білкові структури підтримуються в процесі еволюції. "Таким же чином, як спостереження Хаббла призвели до розуміння минулого і майбутнього нашого Всесвіту, використовуючи його підхід на молекулярному рівні, ми отримуємо подібний огляд, який дає нам можливість аналізувати еволюційну динаміку та отримати широке прогнозування можливі зміни білків у майбутньому ", - говорить Поволоцька, перший автор роботи та відповідальний за отримання та аналіз усіх даних.

Білки утворюються за допомогою комбінацій амінокислот, лише 20 типів амінокислот доступні для утворення певного білка. Щоб отримати дані для свого дослідження, дослідники CRG порівняли послідовності білків різних видів, які були доступні в GenBank, загальнодоступній базі даних генетичної інформації. Порівнюючи ці послідовності, автори вимірювали відстань білків один від одного і розробили метод для вимірювання того, як швидко білки накопичують різні зміни. Таким чином, вони могли б повторити підхід Хаббла, співвідносячи відстань між білками зі швидкістю їх розбіжності. Результат вказує на те, що навіть найбільш віддалені споріднені білки все ще накопичують відмінності.

Дослідження показує, як нові методи біоінформатики та обчислювального аналізу можуть також розширити знання на молекулярному рівні. "Наша робота є гарним прикладом того, як ми можемо пізнавати нові та дуже фундаментальні речі, просто аналізуючи більший обсяг даних, які можна отримати в одній експериментальній лабораторії", - говорить Кондрашов.

Більшість змін у білку є шкідливими, оскільки вони якимось чином порушують його структуру або функцію. Автори відзначають, що навіть дуже консервативні білки все ще розходяться, ставить під сумнів цю точку зору, оскільки це означає, що більшість амінокислот у білку можуть змінюватися без будь-яких негативних наслідків. Їх пояснення полягає в тому, що амінокислотні зміни, шкідливі в одній комбінації, можуть бути доброякісними, коли відбуваються в іншій. "Завдяки нашому дослідженню ми тепер краще розуміємо динаміку структури білка", - говорить Кондрашов. Це може надати нову перспективу групам, які працюють над структурою білка, для пошуку нових цілей для розробки лікарських засобів тощо.

Дослідження Поволоцької та Кондрашова також надає нову інформацію про те, як різні взаємодії між різними амінокислотами в структурі білків сповільнюються, але не повністю запобігають еволюції.