Investigadores del Campus Médico de la Universidad de Colorado y la Universidad de Londres han desarrollado una nueva teoría de la evolución molecular, que proporciona información sobre cómo funcionan los genes, predice taxones de divergencia evolutiva y cómo se producen mutaciones dañinas en un nivel básico.
«Las moléculas se basan en toda la vida, y queremos averiguar por qué las moléculas evolucionan en lugar de lo que hacen», dijo el coautor David Pollock, PhD, profesor de bioquímica y genética molecular en la Facultad de Medicina de CU.
Pollock y su colega Richard Goldstein, PhD, profesor de infección e inmunidad en la Universidad de Londres, publicaron o estudiaron el 23 de octubre de 2017 en la revista Ecología de la naturaleza y evolución..
Su teoría de la mecánica evolutiva transforma los sistemas moleculares en evolución en un marco donde se pueden aplicar las herramientas de la mecánica estadística, abriendo una nueva ventana para la evolución de las proteínas.
“Un enfoque basado en la comprensión de las proteínas como sistemas integrados”, dice Goldstein. «A menudo no conocemos las interacciones entre las diferentes partes de una proteína, pero sabemos que los cambios en una parte de la proteína afectan los cambios posteriores en otras partes. Por lo tanto, es muy importante entender por qué estas moléculas no evolucionan. jeito que fazem”.
Las proteínas cambian constantemente a medida que se fijan o eliminan las mutaciones, dependiendo de su estructura, función y estabilidad. También depende de las interacciones de aminoácidos en toda la proteína que causan la evolución en un lugar para alterar las posibilidades de evolución en otros lugares.
Los científicos descubrieron que podían predecir la evolución de los taxones de proteínas en función de sus propiedades bioquímicas.
«Fue una verdadera sorpresa», dijo Pollock. «Nuestra teoría explica los efectos bien conocidos de la genética de poblaciones, como la fuerza de selección y el tamaño efectivo de la población, que se infieren de las ecuaciones finales que predicen taxones evolutivos moleculares».
Durante años, los investigadores han luchado con modelos estándar de evolución molecular utilizados para estudiar las relaciones evolutivas entre especies. Isso encuentra dificultades para reconstruir eventos evolutivos importantes en organismos ancestrales.
Se ha demostrado que estos patrones de convergencia molecular cambian regularmente a lo largo del tiempo evolutivo para indicar tensiones continuamente fluctuantes en diferentes partes de las proteínas.
«Isso gira en torno a la idea habitual de que los aminoácidos se ajustarán a los requisitos del resto de la proteína», dice Goldstein. «Pero no podemos explicar exactamente por qué sucedió esto, o hubo cierta regularidad en el proceso».
Una vez que el sistema se colocó en un marco de mecánica estadística, la extensión del enraizamiento de aminoácidos se consideró fundamental para comprender los taxones de divergencia evolutiva.
Los investigadores dicen que la fuerza de selección en la evolución de las proteínas se equilibra con la secuencia de entropía de división, o el número de secuencias que dan a una proteína cierto grado de estabilidad.
«Nos gusta pensar en nuestros otros aminoácidos como un grupo de niños puliendo un colchón de espuma con memoria, tan pronto como intentas pisarlo», dice Pollock. «La mayoría de las veces si no tienes un colchón y no puedes dar un paso adelante, pero de vez en cuando los niños crean una cavidad en el colchón que te permite seguir adelante».
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