Большой взрыв в белковой Вселенной

Эволюция белковых молекул продолжается, спустя 3,5 млрд. лет после ее начала. Она идет чрезвычайно медленно, однако даже очень древние белки разных видов, унаследованные ими от общего предка, продолжают приобретать различия. К таким выводам пришли Федор Кондрашов и Инна Поволоцкая, российские ученые, работающие в Центре регуляции генома (Барселона, Испания). Их исследование стало возможным благодаря развитию компьютерных технологий.

Есть такое понятие — консервативные белки. Оно означает, что белки, принадлежащие разным видам живых существ, но выполняющие одинаковые функции, имеют сходные последовательности аминокислот. Даже у эволюционно далеких видов это сходство может достигать 40%. Многие ученые полагают, что иначе белки не смогут выполнять свои функции, но, возможно, дело обстоит не совсем так, и различия между молекулами могли бы быть и больше. Им просто не хватило времени, чтобы эти различия приобрести.

Исследуя эволюцию белков, Федор Кондрашов и Инна Поволоцкая вдохновились примером американского астронома Эдвина Хаббла. В 1929 году Хаббл установил, что галактики разлетаются со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Специалисты Центра регуляции генома применили аналогичный подход. Они сравнили известные последовательности 572 разных белков, принадлежащих 836 видам микроорганизмов, в том числе очень древним. При этом ученые оценили различия последовательностей разных белков, то есть расстояния между ними, и скорость, с которой белки приобретали эти изменения.

Расчеты Хаббла показали, что Вселенная возникла в результате Большого Взрыва, и из точки взрыва галактики разлетаются до сих пор. Исследования, проведенные в Барселоне, позволяют предположить, что существовал общий предок всего живого. Произошедшие от него виды унаследовали предковые белки, которые, конечно, изменялись в ходе эволюции, приобретая все больше различий, однако и спустя 3,5 млрд. лет многие из них не утратили сходства. Но процесс эволюции не закончен, эти белки еще могут и будут меняться, приобретая все больше отличий друг от друга и от общего предка. Обнаруженную ими закономерность Кондрашов и Поволоцкая назвали Большим взрывом в белковой Вселенной. Роль точки взрыва в этой Вселенной досталась общему предку, а изменение его белков у видов-потомков подобно разбеганию галактик.

За 3,5 млрд. лет каких только живых существ не было на Земле. Почему же многие древние белки меняются так медленно? Белковая молекула представляет собой последовательность аминокислот, сложенную определенным образом. Изменение белка — это замена одной аминокислоты на другую. Время от времени такие замены происходят, но в 98% случаев они приводят к тому, что белковая молекула не может правильно сложиться и выполнять свои функции. Такое изменение эволюция безжалостно отбраковывает. Бывают и другие изменения, при которых белковая молекула приобретает не отличие, а сходство с белком предка, как бы делает шаг назад. Поэтому белковая Вселенная расширяется медленно.

Современные методы позволяют рассчитать все изменения, которые могут претерпеть белки, не утратив своей функции. Расчеты показывают, что этот лимит еще не исчерпан. Белкам есть, куда меняться, следовательно, их эволюция продолжается. Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на Центр регуляции генома.