Учёные доказали существование случайной эволюции

Ученые Научно-исследовательского института биомедицины Монаша в Австралии пришли к выводу, что одной из движущих сил эволюции стали «элементы структурной емкости» (Structural Capacitance Elements) — участки в белковых цепях, которые не складываются в одну определенную структуру. В таких элементах могут беспрепятственно накапливаться случайные мутации, и, в конце концов, образуется новая функциональная структура. Статья исследователей опубликована в журнале Protein Evolution and Human Diseases.

Функцию белков определяет их уникальная структура, образующаяся при сворачивании (фолдинге) аминокислотной цепи. Главными элементами этой структуры являются домены, непосредственно влияющие на работу белка. Мутации, затрагивающие домены, обычно оказываются вредными для организма и не закрепляются в ходе эволюции. Однако известно, что многие белки, участвующие в регуляции метаболизма клетки и передаче сигналов, имеют также крупные участки, которые не образуют определенную нативную структуру. Эти соединения называют функционально неупорядоченными белками (intrinsically disordered proteins).

Ученые проанализировали более 68 тысяч мутаций в геноме человека, примерно половина которых была связана с генетическими заболеваниями, и выяснили, какие изменения в ДНК влияли на различные типы упорядочивания структуры белка. Оказалось, что мутации в длинных неупорядоченных регионах могут образовывать микроструктуры, которые либо улучшают функционирование белка, либо способствуют патогенным взаимодействиям с другими молекулами.

Хотя длинные неупорядоченные регионы могут формировать «вредные» структуры, подобная белковая «гибкость» позволяет молекуле быстро эволюционировать. Например, в популяции неупорядоченных белков спонтанно возникает микроструктура, которая становится фундаментом для последующих ступенчатых изменений. В результате белок может приобрести новые функции.