Investigadores del Campus Médico Anschutz de la Universidad de Colorado y el University College London han desarrollado una nueva teoría de la evolución molecular, que ofrece información sobre cómo funcionan los genes, cómo se pueden predecir las tasas de divergencia evolutiva y cómo surgen mutaciones dañinas en un nivel básiconivel.
"Las moléculas son la base de toda la vida y queríamos descubrir por qué las moléculas evolucionan de la manera en que lo hacen", dijo el coautor del estudio David Pollock, PhD, profesor de bioquímica y genética molecular en la Facultad de Medicina de la Universidad de California.
Pollock y su colega autor Richard Goldstein, Ph.D., profesor de infección e inmunidad en el University College de Londres, publicaron el estudio el 23 de octubre de 2017 en la revista Ecología y evolución de la naturaleza .
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 sobre cómo funciona la evolución de las proteínas.
"El enfoque se basa en la comprensión de las proteínas como sistemas integrados", dijo Goldstein. "Con demasiada frecuencia ignoramos las interacciones entre diferentes partes de una proteína, pero sabemos que los cambios en una parte de la proteína afectan los cambios posteriores en otras partes.esto es realmente importante para entender por qué estas moléculas evolucionan de la manera en que lo hacen "
Las proteínas cambian constantemente a medida que las mutaciones se fijan o eliminan dependiendo de la estructura, función y estabilidad de la proteína. Esto depende de las interacciones de aminoácidos en toda la proteína que provocan la evolución en un sitio para alterar la posibilidad de evolución en otros sitios.
Los científicos descubrieron que podían predecir las tasas de evolución de las proteínas en función de sus propiedades bioquímicas.
"Esto fue una verdadera sorpresa", dijo Pollock. "Nuestra teoría explica los efectos genéticos de la población bien conocidos, como la fuerza de selección y el tamaño efectivo de la población, pero se salen de las ecuaciones finales que predicen la tasa de evolución molecular."
Durante años, los investigadores se han encontrado con problemas con los modelos estándar de evolución molecular utilizados en el estudio de las relaciones evolutivas entre especies. Esto condujo a dificultades para reconstruir eventos evolutivos importantes en organismos ancestrales.
Se descubrió que estos patrones de convergencia molecular cambian regularmente a lo largo del tiempo evolutivo de formas que indicaban restricciones continuamente fluctuantes en diferentes partes de las proteínas.
"Esto cambia la idea habitual de que los aminoácidos se ajustarán a los requisitos del resto de la proteína", dijo Goldstein. "Pero no pudimos explicar exactamente por qué sucedió esto, o si hubo alguna regularidad en el proceso"
Pero una vez que el sistema se colocó en un marco de mecánica estadística, la magnitud del afianzamiento de aminoácidos se consideró central para comprender las tasas de divergencia evolutiva.
Los investigadores dijeron que la fuerza de la selección en la evolución de la proteína se equilibra con la entropía de secuencia del plegamiento, el número de secuencias que proporcionan una proteína con un determinado grado de estabilidad.
"Nos gusta pensar en los otros aminoácidos como un grupo de niños saltando sobre un colchón de espuma viscoelástica mientras tratas de caminar sobre él", dijo Pollock. "La mayoría de las veces tus pies están hundidos en el colchón y túno puede dar un paso adelante, pero de vez en cuando los niños crearán una abolladura en el colchón que le permitirá avanzar ".
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Materiales proporcionados por Campus Médico Anschutz de la Universidad de Colorado . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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