Новые данные об эволюции белковых сетей

Системные сети белков незаменимы для живых организмов. Функция и эволюция этих сетей — одни из самых увлекательных исследовательских вопросов в биологии. Биоинформатик Томас Раттей из Венского университета и физик Эрнан Максе из Городского университета Нью-Йорка (CUNY) реконструировали сети белков предковых организмов. Результаты представляют большой интерес не только для эволюционных исследований, но и для интерпретации данных секвенирования геномов. Недавно исследователи опубликовали свою статью в авторитетном журнале PLOS ONE.

В поисках чертежа белковых сетей

Случайное образование взаимодействия между белками кажется крайне маловероятным. Учёные исследовали, как сложные и многообразные белковые сети всё же могли эволюционировать у современных организмов. Отправной точкой проекта стала гипотеза, подчёркивающая важность дупликации (удвоения) белков в ходе эволюции. Если ген, кодирующий белок, удваивается в геноме, оригинал и копия будут взаимодействовать с одними и теми же партнёрами в белковой сети. Со временем, по мере расхождения оригинала и копии, возникают новые белки с индивидуальными особенностями и собственными партнёрами в сети. Таким образом, взаимодействия в сети не создаются заново, а эволюционируют путём дупликации и дивергенции от более простых предков.

Реконструкция сетей вымерших предков

Две рабочие группы разработали новый метод для реконструкции белковых сетей вымерших эволюционных предков на основе геномов и сетей современных видов. Были использованы данные семи видов из различных доменов жизни: от бактерий и грибов до растений, животных и человека.

Современные сети — сложные структуры через простые механизмы

Сравнение реконструированных древних белковых сетей дало удивительно чёткий результат: современные сети можно объяснить почти исключительно механизмом дупликации и дивергенции. Новые взаимодействия между белками возникают лишь в редких случаях. Этот принцип, по-видимому, универсален для эволюции видов, что подтвердили данные всех проанализированных в исследовании организмов. Он также может объяснять динамику других биологических сетей и простым образом объясняет особые черты белковых сетей, такие как самоподобие (фрактальность).

Польза для интерпретации геномных последовательностей и эволюционной биологии

Результаты проекта важны не только для эволюционной биологии. Они особенно полезны для интерпретации данных секвенирования геномов, которые стали мощным инструментом во многих областях биологии и медицины.