Pesquisadores do Campus Médico da Universidade do Colorado e da Universidade de Londres desenvolveram uma nova teoria da evolução molecular, que oferece informações sobre como os genes funcionam, como as taxas de divergência evolutiva são previstas e como as mutações nocivas ocorrem em um nível básico.
“As moléculas são a base de toda a vida e queremos descobrir por que as moléculas evoluem do jeito que fazem”, afirmou o coautor David Pollock, PhD, professor de bioquímica e genética molecular da CU School of Medicine.
Pollock e seu colega Richard Goldstein, PhD, professor de infecção e imunidade na Universidade de Londres, publicou o estudo no dia 23 de outubro de 2017, na revista Nature Ecology and Evolution.
Sua teoria da mecânica evolutiva transforma os sistemas moleculares em evolução em um quadro onde as ferramentas da mecânica estatística podem ser aplicadas, abrindo uma nova janela para a evolução da proteína.
“A abordagem baseia-se na compreensão das proteínas como sistemas integrados”, disse Goldstein. “Muitas vezes, ignoramos as interações entre as diferentes partes de uma proteína, mas sabemos que as mudanças em uma parte da proteína afetam as mudanças subsequentes em outras partes. Isso é realmente importante para entender por que essas moléculas evoluem do jeito que fazem”.
As proteínas mudam constantemente à medida que as mutações são fixas ou eliminadas, dependendo de sua estrutura, função e estabilidade. Isso depende das interações de aminoácidos em toda a proteína que causam a evolução em um local para alterar a chance de evolução em outros locais.
Os cientistas descobriram que poderiam prever taxas de evolução de proteínas com base em suas propriedades bioquímicas.
“Isso foi uma verdadeira surpresa”, disse Pollock. “Nossa teoria explica os conhecidos efeitos da genética populacional, como a força de seleção e o tamanho efetivo da população, que são deduzidas a partir das equações finais que preveem a taxa de evolução molecular”.
Durante anos, os pesquisadores enfrentam problemas com os modelos padrão da evolução molecular utilizados no estudo das relações evolutivas entre as espécies. Isso trouxe dificuldades na reconstrução de importantes eventos evolutivos em organismos ancestrais.
Esses padrões de convergência molecular foram encontrados para mudar regularmente ao longo do tempo evolutivo de formas que indicavam continuamente restrições flutuantes em diferentes partes das proteínas.
“Isso gira em torno da ideia usual de que os aminoácidos serão ajustados às exigências do resto da proteína”, disse Goldstein. “Mas não pudemos explicar exatamente por que isso aconteceu, ou se houve alguma regularidade no processo”.
Mas uma vez que o sistema foi colocado em uma estrutura de mecânica estatística, a magnitude do enraizamento de aminoácidos foi vista como central para a compreensão das taxas de divergência evolutiva.
Os pesquisadores disseram que a força de seleção na evolução da proteína é equilibrada pela sequência de entropia da dobradura, o número de sequências que fornecem uma proteína com um determinado grau de estabilidade.
“Gostamos de pensar nos outros aminoácidos como um bando de crianças pulando em um colchão de espuma de memória, enquanto você tenta caminhar sobre ele”, disse Pollock. “Na maioria das vezes, seus pés afundam no colchão e você não pode dar um passo adiante, mas, de vez em quando, as crianças criam uma cavidade no colchão que permite que você prossiga”.
Referência
- Goldstein, R. A., & Pollock, D. D. (2017). Sequence entropy of folding and the absolute rate of amino acid substitutions. Nature ecology & evolution.
