Επιστήμονες του Ινστιτούτου Max Planck εντόπισαν θραύσματα πρωτεϊνών που υπήρχαν ήδη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια

Οι πρωτεΐνες και οι γλώσσες φαίνεται ότι έχουν πολλές ομοιότητες, για παράδειγμα και οι δύο αποδίδουν τις έννοιές τους μέσω κατάλληλης διευθέτησης βασικών δομικών στοιχείων. Ο Andrei Lupas, διευθυντής στο Ινστιτούτο Max Planck για την Αναπτυξιακή Βιολογία, στη Γερμανία και η ομάδα του εφάρμοσαν υπολογιστικές μεθόδους για να αναδομήσουν αρχέγονα δομικά στοιχεία, με συγκριτικές μελέτες των σύγχρονων πρωτεϊνών. Η ίδια προσέγγιση χρησιμοποιείται στη γλωσσολογία για να αναδομηθούν αρχαία λεξιλόγια, μέσω της σύγκρισης των σύγχρονων γλωσσών. Σε πρόσφατη μελέτη οι επιστήμονες αναφέρουν τον εντοπισμό 40 προγονικών, πεπτιδικών θραυσμάτων, τα οποία ενδεχομένως να αντιπροσωπεύουν τα παρατηρήσιμα απομεινάρια μιας εποχής κατά την οποία δημιουργήθηκαν οι πρώτες πρωτεΐνες, πριν από περισσότερα από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Οι πρωτεΐνες είναι καίρια δομικά στοιχεία όλης της ζωής, από τα βακτήρια μέχρι τους ανθρώπους. Στα σώματά μας είναι βασικές για όλες τις χημικές διεργασίες: σχηματίζουν τα νύχια, τα μαλλιά, τα οστά και τους μυς μας, βοηθούν να χωνέψει το φαγητό που τρώμε και μας υπερασπίζονται από τα παθογόνα βακτήρια και τους ιούς. «Η ζωή μπορεί να θεωρηθεί ως ουσιαστικό αποτέλεσμα της χημικής δραστικότητας των πρωτεϊνών», λέει ο Lupas. Ο ίδιος και οι συνεργάτες του ενδιαφέρθηκαν ιδιαίτερα για την κατανόηση του πώς προέκυψαν αυτά τα πολύπλοκα βιομόρια. Σήμερα γνωρίζουμε ότι οι πρωτεΐνες αρχικά δομήθηκαν σε προσδιορισμένες περιοχές, μέσω της συνδυαστικής συναρμολόγησης των μερικών μόνο χιλιάδων αρθρωτών μονάδων. Ωστόσο, είναι ασαφές το πώς προέκυψαν αυτές οι αρθρωτές μονάδες.

Οι επιστήμονες ερεύνησαν την υπόθεση ότι οι πρώτες περιοχές πρωτεΐνης προέκυψαν από σύντηξη και σταδιακή ανάπτυξη από ένα προγονικό σύνολο απλών πεπτιδίων, που τα ίδια εμφανίστηκαν σε μια βασισμένη στο RNA προ-κυτταρική ζωή, περίπου πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Σε μια συστηματική ανάλυση σύγχρονων πρωτεϊνών, ήταν σε θέση να προσδιορίσουν 40 πεπτιδικά θραύσματα που προκύπτουν σε φαινομενικά άσχετες πρωτεΐνες, αν και εμφανίζουν εντυπωσιακή ομοιότητα στις αλληλουχίες και τις δομές τους. Βασιζόμενοι στην εκτεταμένη τους σύμπτωση, στις πιο αρχαίες πρωτεΐνες (π.χ. ριβοσωμικές πρωτεΐνες) και στην εμπλοκή τους σε βασικές λειτουργίες, οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι αυτά τα θραύσματα είναι τα παρατηρήσιμα απομεινάρια ενός αρχέγονου κόσμου, μια πρόδρομη μορφή της ζωής, με βάση το DNA, που γνωρίζουμε σήμερα.

Στο μέλλον, η συνεισφορά αυτών των θραυσμάτων στον σχηματισμό της πρωτεϊνικής δομής θα πρέπει να διερευνηθεί πειραματικά, ανοίγοντας νέες λεωφόρους για να χρησιμοποιηθούν με τον καλύτερο τρόπο οι υφιστάμενες πρωτεΐνες και να σχεδιαστούν νέες, που δεν παρατηρούνται ακόμα στη φύση. «Αν αποσαφηνίσουμε αυτή τη διαδικασία, θα μπορούσαμε να είμαστε σε θέση να δημιουργήσουν νέες μορφές πρωτεΐνης», καταλήγει ο Lupas, με συναρπαστικές εφαρμογές στη βιοτεχνολογία.

Πηγή: Max Planck Institutes

Περισσότερα στη δημοσίευση: A vocabulary of ancient peptides at the origin of folded proteins, eLife