Древняя структура белка могла обеспечить раннюю молекулярную эволюцию и диверсификацию

Биологи из RIKEN обнаружили ранее неизвестный тип укладки белка — двойной дзета-β-бочонок (DZBB), — который полностью отсутствует в современных белках. Это открытие проливает свет на раннюю эволюцию жизни на Земле.

Ключевые моменты:

• Суть открытия: В лабораторных экспериментах был выявлен древний тип белковой укладки DZBB, напоминающий компактный цилиндр из переплетённых белковых нитей.
• Эволюционная роль: Эта структура служит "недостающим звеном", показывая, как сложные биомолекулярные машины могли возникнуть из более простых предшественников.
• Метаморфические свойства: DZBB обладает способностью трансформироваться в другие ключевые белковые формы при незначительных изменениях, что делало его универсальной основой для молекулярной эволюции.

Ход исследования:

Учёные использовали методы синтетической биологии, чтобы проследить возможную эволюцию белковых укладок. Они начали со структуры, обнаруженной в ДНК- и РНК-полимеразах (ферменты репликации и транскрипции), и показали, что через простые мутационные шаги она могла эволюционировать в укладки современных рибосомных белков (синтез белка в клетках). Критическим промежуточным звеном в этом процессе и был DZBB.

Важный вывод об искусственном интеллекте:

Структуру DZBB не удалось предсказать с помощью вычислительных методов, включая новейшие алгоритмы машинного обучения. Это подчёркивает ограничения современных моделей ИИ, которые сильно зависят от обучающих данных. "Для по-настоящему неожиданных открытий экспериментальная проверка остаётся необходимой", — отмечает Сюнске Тагами.

Эволюционные последствия:

• Метафорическая природа DZBB, позволяющая ему принимать несколько стабильных форм, могла обеспечить быстрое разнообразие молекулярных машин в ранней жизни — аналогично "кембрийскому взрыву" в эволюции животных.
• Возникает вопрос: если DZBB был так важен для возникновения молекулярных машин, управляющих генетической информацией, почему эта укладка больше не встречается сегодня? По мнению Тагами, DZBB мог быть временной переходной формой, существовавшей только в ходе эволюционного перехода между древними простыми структурами.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.