Воскрешение вымерших ферментов раскрывает эволюционную стратегию изобретения новых функций

Ученые из VIB, KU Leuven, Университета Гента и Гарварда реконструировали ДНК и белки доисторических дрожжевых клеток, чтобы изучить эволюционные силы, действовавшие последние 100 миллионов лет на формирование современных ферментов.

Исследователи сосредоточились на том, как новые гены возникают из-за случайного дублирования существующих генов. Одна копия сохраняет исходную функцию, а другая может изменяться и приобретать новую.

В работе, опубликованной 11 декабря в журнале PLOS Biology, ученые «реанимировали» предковые гены дрожжей, позволившие им выживать на мальтозе. Дупликации этих генов привели к появлению новых ферментов, способных расщеплять другие типы сахаров в окружающей среде.

«Мы использовали алгоритмы реконструкции последовательностей, чтобы предсказать последовательность ДНК предковых генов из десятков современных последовательностей. Это позволило нам воссоздать соответствующие предковые белки и сравнить их с нынешними», — сказал Стивен Маере.

«Мы обнаружили, что прародительский ген, кодирующий белок для переваривания мальтозы, копировался несколько раз в ходе эволюции. ДНК некоторых копий немного изменилась, что привело к появлению новых белков, способных расщеплять разные сахара. Моделируя эти изменения, мы теперь понимаем, как всего несколько изменений в ДНК могут привести к развитию совершенно новой активности в соответствующих белках», — сказала Карин Вордекерс.

Ученые предполагают, что наблюдаемые события в эволюции дрожжей могут отражать общую стратегию, широко используемую для инноваций в эволюции.