Вченим вдалося досягти великого біологічного прориву, який значною мірою допоможе поглибити розуміння еволюції мікроорганізмів, таких як бактеріальні ферменти. Дослідники з Лейпцизького університету змогли реконструювати ферменти віком 2 мільярди років і вважають, що це досягнення може виявитися відсутньою головоломкою в еволюції бактеріальних ферментів.
Реконструкція специфічної РНК-полімерази, ферменту, який каталізує виробництво нової ДНК і РНК з існуючого ланцюга ДНК або РНК, як вона існувала приблизно 2 мільярди років тому, дозволила дослідникам тепер зрозуміти особливості еквівалентних сучасних ферментів.
Дослідження, опубліковане в журналі Molecular Biology and Evolution, було зосереджено на більшому розумінні нуклеотидилтрансфераз тРНК: ферментів, які приєднують три нуклеотидні будівельні блоки в послідовності CCA до малих РНК у клітині (так званих транспортних РНК), щоб вони згодом могли постачають амінокислоти для синтезу білка.
Кожна з кінчиків гілок символізує фермент сучасного організму.
Авторство: Діана Смікалла
Роками вчені намагалися з’ясувати, чому бактеріальні та еукаріотичні ферменти показали несподівану та напрочуд низьку афінність субстрату тРНК, у той час як вони ефективно каталізували додавання CCA.
Щоб вирішити цю проблему, вони використали реконструкцію предкової послідовності (ASR) для вивчення реконструйованого кандидата ферменту віком 2 мільярди років, CCA-додаючого ферменту з Gammaproteobacteria, до відповідного поточного ферменту з Escherichia coli. Провідні дослідники Маріо Мерл (біохімія) і Соня Прохаска (біоінформатика) виявили, що хоча обидва ферменти працювали з однаковою точністю, вони продемонстрували чіткі відмінності в термінах реакції, повідомляє Phys.org.
«До цього часу не можна було визнати тенденцію сучасних ферментів багаторазово переривати свою діяльність еволюційною перевагою. Це явище десятиліттями спантеличило біохіміків. Лише в порівнянні з режимом активності реконструйованого ферменту тепер таємниця була розгадана», — додається у звіті.
«Тепер ми нарешті змогли пояснити, чому сучасні нуклеотидилтрансферази тРНК працюють настільки ефективно, незважаючи на їх розподільчу природу», — цитує Маріо Мерля Phys.org. «Ця знахідка здивувала нас у команді. Ми не очікували нічого подібного».
За словами Мерля, дослідження змогло відповісти на питання, яке спочатку було піднято 20 років тому, додавши, що це стало можливим лише завдяки методам реконструкції біоінформатики.
Зараз вчені можуть точно сказати, що розподільний спосіб роботи сучасних ферментів є еволюційним прогресом. Вони вважають, що використовуючи реконструкцію предкової послідовності (ASR) для дослідження інших моделей поведінки, які роками бентежили вчених, вони можуть дізнатися набагато більше про еволюцію та особливості сучасних ферментів.
Отримавши підбадьорення в отриманих результатах, Мерль вважає, що постійна взаємодія між біоінформатикою та біохімією має стати нормою. Крім того, координація між комп’ютерними розрахунками та лабораторними експериментами могла б вирішити багато інших наукових таємниць.
«Ця тісна співпраця між біоінформатикою та біохімією існує в Лейпцигу протягом кількох років і вже не вперше виявилася великою перевагою для обох сторін», – додав він.
