Pronađen drevni oblik proteina: Da li je ovo ključ tajni rane evolucije bioloških sistema?

Naučnici iz RIKEN Centra za istraživanje biosistema (BDR) u Japanu, Šunsuke Tagami i Sota Jagi, napravili su izuzetno važno otkriće – identifikovali su drevni oblik nabora proteina koji do sada nije bio poznat.

Nazvan double-zeta β-barrel (DZBB), ovaj protein pruža nova saznanja o tome kako su rani proteini evoluirali u složene molekularne strukture koje danas igraju ključnu ulogu u biološkim procesima. Ovaj otkriveni oblik proteina, koji nije prisutan u modernim organizmima, daje odgovore na dugotrajna pitanja o poreklu i razvoju molekularnih aparata koji omogućavaju osnovne životne funkcije, piše SciTech Daily.

Preporučujemo

DZBB je karakterističan po svojoj jednostavnoj, ali visoko prilagodljivoj strukturi. Nalikuje cilindru, sastavljenom od međusobno isprepletenih proteinskih lanaca, koji je u stanju da se transformiše u različite oblike sa minimalnim promenama.

Ova osobina sugeriše da je DZBB mogao biti ključni preteča za evoluciju kompleksnih bioloških sistema, koji danas upravljaju osnovnim funkcijama u živim organizmima. DZBB je jedinstven jer može da menja svoj oblik u različite stabilne oblike. Ova fleksibilnost mogla je omogućiti brzu adaptaciju molekularnih sistema u ranim fazama života na Zemlji, što je omogućilo veću evolucijsku diverzifikaciju. Evolutivna fleksibilnost DZBB-a podseća na brzinu biološke diverzifikacije tokom kambrijske eksplozije, kada su se razvile nove vrste životinja, što može sugerisati da su molekularne strukture ranog života imale sličan potencijal za brzo širenje i evoluciju.

- Otkriće ovog proteina kao karike koja nedostaje omogućava nam da mnogo jednostavnije shvatimo evolucijsku povezanost između različitih proteina nego što smo očekivali – objašnjava Šunsuke Tagami

Proteini, koji su osnovne komponente života, igraju ključnu ulogu u procesima poput replikacije DNK, sinteze proteina i regulacije gena. Proteini funkcionišu zahvaljujući svom specifičnom obliku, među kojima je jedan od najvažnijih β-barrel oblik. Ipak, do sada je bilo nejasno kako su ovi različiti oblici proteina evoluirali iz zajedničkog pretka.

Koristeći inovativne tehnike sintetičke biologije i laboratorijske eksperimente, Tagami i Jagi pratili su evoluciju proteina počevši od oblika prisutnih u polimerazama DNK i RNK, enzimima koji su ključni za replikaciju genoma i transkripciju gena. Zatim su pokazali kako su ti rani oblici proteina mogli evoluirati u ribozomske proteine, koji su ključni za sintezu proteina u ćelijama. Međutim, ključni korak u tom evolutivnom procesu bio je posrednički oblik – DZBB.

Ono što je naročito interesantno u ovom istraživanju je da savremene tehnologije, poput mašinskog učenja, nisu bile u mogućnosti da predviđaju postojanje DZBB-a. Naučnici ističu da su za otkriće ovog proteina bili potrebni eksperimenti, jer mašinsko učenje daje odgovore koji zavise od skupa podataka na kojem je model treniran, a ne može predvideti potpuno nove i neočekivane strukture.

- Mašinsko učenje i veštačka inteligencija su korisni, ali još uvek imaju ograničenja. Za otkriće ovakvih neočekivanih i nepredvidivih molekularnih struktura, eksperimentalna validacija je ključna - kaže Tagami.

Otkriće DZBB-a ne samo da rešava jednu od dugotrajnih misterija molekularne evolucije, već i otvara nova pitanja o tome kako su jednostavni proteinski oblici evoluirali u složene mehanizme koji danas upravljaju ključnim biološkim procesima. Ova saznanja mogu pomoći u razumevanju kako su rani proteini usmeravali genetiku života, a takođe pružaju važne informacije za razvoj novih tehnologija u sintetičkoj biologiji i biotehnologiji.

- DZBB je mogao biti samo privremeni oblik proteina koji je služio kao most između jednostavnih molekularnih formi i složenih mehanizama koji danas obavljaju ključne funkcije u organizmima – zaključuje Tagami.

Otkriće izgubljenog oblika proteina DZBB predstavlja značajan korak u razumevanju molekularne evolucije i omogućava naučnicima da bolje razumeju kako su složeni biološki sistemi nastali iz jednostavnijih prethodnika. Ova istraživanja, objavljena u Nature Communications, ne samo da rešavaju brojne naučne enigme, već otvaraju nove puteve za buduća istraživanja u oblasti biologije, evolucije i biotehnologije.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)