25 декабря 2013

Эволюция на молекулярном уровне

Эволюция на молекулярном уровне

Согласно теории эволюции, организмы, существующие в настоящее время, произошли от более ранних форм жизни. На молекулярном уровне эволюция изменила у человека и всех других форм жизни некоторые ферменты, которые помогают завершать химические процессы – такие как преобразование пищи в энергию.

Теперь исследователь из Университета штата Айова и его коллеги описали эволюцию различных форм фермента «дигидрофолатредуктазы»: начиная от этого фермента у бактерий, и заканчивая им у человека. Их работа, «Сохранение белковой динамики в ходе эволюции дигидрофолатредуктазы» ("Preservation of Protein Dynamics in Dihydrofolate Reductase Evolution"), появилась в выпуске The Journal of Biological Chemistry за 13 декабря.

Эмнон Коэн, профессор химии в Колледже свободных искусств и наук Университета штата Айова и член Междисциплинарной программы в области молекулярной и клеточной биологии, и его коллеги использовали в своей работе биоинформатику (данные о генетическом секвенировании), компьютерные вычисления, искусственный мутагенез (модификацию ДНК) и кинетические измерения. Они изучили «очеловеченные» формы фермента, который был взят от распространенной бактерии E. coli, чтобы связать действие белковой динамики и катализа с процессом эволюции фермента.

Динамика фермента развивалась в течение миллионов лет, чтобы оптимизировать специфическую катализированную реакцию, которая возникает у человека.

«Ферменты – это критически важные компоненты каждой живой клетки, и они катализируют почти все химические реакции в жизни. Мы изучили, как эволюция происходила на молекулярном уровне», — говорит Коен. «Это исследование – попытка понять, как эволюция целого организма (например, от бактерии E. coli до человека) выражается на молекулярном уровне».

«Мы выбрали фермент "домашнего хозяйства", который имеется почти у всех организмов и необходим для жизни. Этот фермент называется дигидрофолатредуктазой. Он вовлечен в биосинтез ДНК и репликацию клеток», — говорит Коен.

Исследователи «перекинули мост» между бактериальным и человеческим ферментом, создав «очеловеченный» бактериальный фермент, т.е. модифицируя части бактериального фермента, и прививая им аминокислотные последовательности человеческого фермента.

Осуществить это удалось, основываясь на сравнения ферментных последовательностей многих организмов, начиная от бактерий, и заканчивая человеком. «Мы обнаружили, что хотя многие этапы каталитического каскада этих ферментов развиваются, действительное химическое превращение, катализируемое ферментами, сохраняется в процессе эволюции, говоря о том, что даже фермент у бактерий имеет уже превосходно сориентированные реагенты на своем активном участке, так же как и фермент у человека. Такой результат был неожиданным, так как человеческий фермент намного быстрее и отличается генетически», — говорит он.

По словам Коена, исследование имеет большое значение, так как показывает, что динамика фермента сохранилась в ходе эволюции от бактерии к человеку.

«Это открытие значительно влияет на понимание научным сообществом того, что было важным для сохранения эволюционного давления, а что нет», — говорит он. «Взять, например, сохранение динамики ферментов, которые вовлечены в катализирование химического превращения, являются очень быстрыми, и как предполагалось, не играют роли в эволюции. Теперь, полученные нами данные позволяют исследователям рассматривать такую быструю динамику не только в эволюции, но и в разработке препаратов, используемых против этого фермента (а может быть всех ферментов в целом), или разработке биомиметических (вдохновленных природой) катализаторов».

По словам Коена, это исследование отличающихся генетических последовательностей между E. coli и Homo sapiens иллюстрирует процесс эволюции на базовом уровне. «Мы начали с E. coli потому, что она на базовом уровне, и использовали биоинформатику, чтобы проследить эволюцию одного фермента», — говорит он.


Источник: sciencedaily.com



Состояния, сопутствующие легкой форме COVID-19

Венское исследование MedUni предоставляет новую информацию для лучшего понимания болезни и потенциальных биомаркеров для разработки вакцины. В исследовании, недавно опубликованном в ведущем журнале Allergy, группа ученых MedUni Vienna под руководством иммунолога Винфрида Ф. Пикла и аллерголога Рудольфа Валента (оба из Центра патофизиологии, инфектиологии и иммунологии) показала, что существует семь «форм болезней» при COVID-19 с легким…

Апигенин снижает когнитивные нарушения в мышиной модели синдрома Дауна

У мышей, получавших апигенин, были лучшие показатели памяти и вехи развития. Согласно исследованию, проведенному учеными из Национального института здравоохранения и других учреждений, растительное соединение апигенин улучшило когнитивные нарушения и дефицит памяти, обычно наблюдаемые на мышах с синдромом Дауна. Апигенин содержится в цветках ромашки, петрушке, сельдерее, мяте перечной и цитрусовых. Исследователи скармливали соединение беременным мышам, несущим…

Как иммунная система обнаруживает скрытых «злоумышленников»?

Исследования, проведенные доцентом Техасского университета A&M Вонмуком Хвангом, привели к лучшему пониманию того, как компоненты иммунной системы организма находят вторгшиеся или поврежденные клетки, что может привести к новым подходам к лечению вирусов и рака. Хван, доцент кафедры биомедицинской инженерии Техасского университета A&M, написал об этом в статье, недавно опубликованной в журнале Proceedings of the National…

Прорыв в регенеративной стоматологии

Новые знания о клеточном составе и росте зубов могут ускорить развитие регенеративной стоматологии — биологической терапии поврежденных зубов, а также лечения чувствительности зубов. Исследование, проведенное учеными из Каролинского института, опубликовано в Nature Communications. Зубы развиваются в результате сложного процесса, в котором мягкие ткани с соединительной тканью, нервами и кровеносными сосудами соединяются с тремя различными типами…

Долгосрочные неврологические последствия COVID-19

Готов ли мир к волне неврологических последствий, которые могут возникнуть в результате COVID-19? Этот вопрос находится в авангарде исследований, проводимых в Институте неврологии и психического здоровья Флори. Команда нейробиологов и клиницистов изучает потенциальную связь между COVID-19 и повышенным риском болезни Паркинсона, а также меры, чтобы опередить кривую. «Хотя ученые все еще изучают, как вирус SARS-CoV-2…