Graças aos avanços em um campo de nicho chamado paleobiochemistry, os pesquisadores na última década começaram a "ressuscitar" proteínas antigos. Estudando as propriedades dessas proteínas nos oferece vislumbres de como era a vida em épocas passadas.
"Embora a maioria dos estudos ressurreição foco atualmente em ressuscitar uma ou duas famílias de proteínas de cada vez", diz Eric Gaucher, uma paleobiochemist pioneiro e uma biologia professor da Georgia Tech. "Prevemos que será capaz de ressuscitar um genoma ancestral completa em um futuro próximo e dar início a este genoma com a vida moderna para, em essência, ressuscitar formas extintas longo da vida."
Os resultados até agora são convincentes. Tomemos, por exemplo, as proteínas beta lactamase, que evoluiu pela primeira vez entre 2 e 3 bilhões de anos atrás. Estas proteínas antigos realmente permanecem mais estáveis e funcionam melhor em temperaturas quentes de primavera-como de entre 130 e 150 graus Fahrenheit (54 e 66 graus Celsius) em comparação com os seus homólogos modernos. Outras proteínas, chamadas tiorredoxinas, originou 4.000 milhões anos atrás, no tempo da origem da vida, e estas proteínas antigos permanecer ativo na acidez que quebram muitas proteínas modernas. Descobertas desse tipo ajudam a pintar um retrato da vida antes de 500 milhões de anos, na grande era conhecido como o Pré-Cambriano.
"Estudos Moleculares ressurreição fornecer uma nova linha de evidências que suportam modelos geológicos que sugerem que o pré-cambriano Terra acolheu um oceano mais quente e mais ácido do que sua contraparte moderna", Siad Gaucher. "Início da vida foi adaptado a este ambiente."
Paleobiochemistry deve ter muito mais a dizer, eventualmente, sobre este tema. Para este fim, Gaucher e seus colegas da Universidade de Granada, na Espanha têm um novo papel na jun 2014 emissão das Proteínas de revistas científicas: estrutura, função e Bioinformática. O estudo compara duas técnicas comuns usadas em paleobiochemistry que têm aplicações biotecnológicas potenciais, tais como encontrar formas de lidar com o flagelo da resistência aos antibióticos. Os dois métodos permitem que os cientistas extrapolar a composição de proteínas de eras atrás.
Decifrando o desenvolvimento da biota na Terra é importante não só para juntar o passado de nosso planeta - e, portanto, seu potencial futuro - mas também para aferir em que haja vida mais no cosmos.
"Saber como a vida se originou e diversificado nos primórdios da Terra nos oferece uma perspectiva sobre as condições que suportam a vida primitiva", disse Gaucher. "Esta informação pode informar melhor as nossas decisões para procurar vida em outros planetas."
Os seres vivos usam proteínas para grande parte dos negócios da vida. Estas moléculas formam muitos dos componentes estruturais de células e facilitar a química para alimentação deles. Feito a partir de combinações de qualquer um dos 20 aminoácidos de construção de blocos de ácido, proteínas vir em uma variedade quase infinita de complexidade e função.
"É notável a pensar que há milhares de milhões de diferentes proteínas contidas dentro de todos os organismos da Terra moderna", disse Gaucher. "No entanto, estas proteínas são compostos dos mesmos blocos de construção, apenas dispostas em diferentes configurações ou seqüências."
Os pesquisadores compilaram enormes bancos de dados completos das sequências de aminoácidos das proteínas. As seqüências têm mudado ao longo da história evolutiva. Ao comparar as sequências de hoje para o outro, os cientistas podem ter uma boa idéia da seqüência de uma proteína ancestral a partir do qual as versões modernas descendentes.
O conceito é bastante semelhante ao de rastreamento línguas modernas de volta para mais velhos, idiomas de origem, como Gaucher já havia explicado a Astrobiology Magazine. Ao comparar várias línguas europeias, por exemplo, pode-se perceber que, Francês, Italiano, Português, romeno e espanhol têm raízes latinas claras.
"Estudos Moleculares ressurreição usar um método de cima para baixo, pelo qual a informação biológica moderna é utilizada para inferir biologia antiga", disse Gaucher. "Estudar este biologia antiga nos aproxima das origens da própria vida."
Um método é conhecido como engenharia de consenso da sequência, e é o mais simples dos dois. Cientistas basta ligar a seqüência de uma proteína de interesse em um banco de dados de proteínas. A consulta retorna um grande número de "hits", ou sequências análogas.
"Essas seqüências provavelmente correspondem a proteínas modernas que são evolutivamente relacionados à proteína de consulta", disse Valeria Risso, principal autor do novo estudo proteínas e um químico da Universidade de Granada.
A partir daí, Risso e colegas reunir estatísticas sobre os aminoácidos específicos que aparecem em posições sobre as proteínas análogas correspondente. Seja qual for o amino ácido aparece com mais frequência é considerado o aminoácido "consenso".
Em teoria, este aminoácido consenso tinha ocorrido previamente no local de sequência mais cedo na história da evolução, antes mutações levou a sequências divergentes e modernos. Isso faz sentido, porque a natureza é conservadora. Evolução deve favorecer mantendo uma sequência que trabalha contra um mutante que não. De vez em quando, é claro, uma mutação vai "ganhar seu sustento", fornecendo ao organismo uma vantagem ou - pelo menos - não prejudicar o seu possuidor de se reproduzir.
A tarefa de procura de consenso é preenchido para cada posição do aminoácido. O próximo passo: gerar artificialmente a proteína de consenso no laboratório. Isto é feito através da introdução de um gene modificado num organismo modelo, tais como a bactéria E. coli. Os organismos manivelas com folga a proteína através de meios naturais. A proteína nova, ainda fangled de idade, pode ser posto à prova por ver como ele reage quimicamente em certas condições.
O segundo método segue mais de perto a analogia lingüista histórico. Trata-se de criar o que é conhecido como uma árvore filogenética. Essencialmente, as seqüências de proteínas são comparados, como antes, mas eles passam por uma análise baseada no modelo evolutivo de pesquisa para "nós", ou pontos de ramificação.
As sequências de nós "representam o último ancestral comum das espécies que dividem posteriormente fora, para baixo, para a modernidade. Outra maneira de pensar deste método árvore filogenética é que é, essencialmente, uma genealogia.
As seqüências de nó são inferidos e compilados. As proteínas codificadas pelas sequências reconstruídas são então sintetizados em laboratório - "ressurreição laboratório", como é chamado. A proteína, como a engenharia de consenso da sequência, é produzido por um organismo modelo e as suas propriedades são então avaliadas.
Felizmente, as propriedades da proteína resultante, quando comparado com suas proteínas descendentes, devem se encaixar como um elo de uma cadeia evolutiva lógica.
"Essas propriedades são esperados para 'contar' uma história que faz sentido em termos biológicos, fornecendo uma narrativa evolutiva convincente", disse Gaucher.
Um exemplo dessa narrativa proteica: o fato de que as proteínas antigos, como mencionado anteriormente, parece otimizado para os de alto calor e alta acidez condições ambientais que sugere geologia caracterizada a jovem Terra.
Ambas as técnicas paleobiochemistry buscar restaurar as proteínas perdidas há muito tempo através das vicissitudes da evolução. Mas é a técnica de consenso tão bom em recuperar proteínas primordiais "reais" como a abordagem filogenética? O novo trabalho teve como objetivo responder a esta pergunta.
Os pesquisadores propriedades de uma proteína beta lactamase produziram de seqüência consenso e métodos filogenéticos seqüência comparação. Lactamase Beta é um meio primário de resistência aos antibióticos. Isso permite que um organismo persistir contra a classe de antibióticos de lactama; contamos com inúmeras drogas lactâmicos, como a penicilina, a combater infecções.
Três variantes de consenso foram criados para o estudo. Seqüência-wise, eles eram realmente muito como as seqüências feitas pela abordagem mais rigorosa, filogenética.
No entanto, as proteínas derivadas da sequência de consenso não eram tão estáveis como as proteínas filogenéticas. Tampouco parceiro com tantas outras moléculas relevantes. Este é um traço de tendência de proteínas antigas, que de acordo com a teoria, começaram como generalistas, então afinados e especializados ao longo da evolução. Embora as proteínas seqüência de consenso diferem em apenas alguns aminoácidos, importantes diferenças na funcionalidade seguido.
No geral, engenharia consenso não parece ser a melhor maneira de trabalhar para trás para descobrir como a vida antiga trabalhado, a partir de um ponto de vista a biotecnologia ou a astrobiologia.
"Consenso certamente continua a ser uma abordagem interessante em engenharia de proteínas", disse o co-autor do papel de José M. Sanchez-Ruiz, também um químico da Universidade de Granada. No entanto, Sanchez-Ruiz acrescentou, o estudo "resultados apoiar a reconstrução ancestral e ressurreição como um procedimento mais eficiente para obter proteínas com propriedades extremas e úteis."
Aprender mais sobre a vida primordial vai abrir um monte de caminhos para a ciência. Em um nível fundamental, reconstruindo a vida de volta através dos tempos nos deixa mais familiarizados com as partes e peças biologia requer.
"De forma análoga ao ditado de engenharia que você não pode entender alguma coisa a menos que você pode construí-lo, uma compreensão mais completa da vida só virá quando nós podemos construir a vida", disse Gaucher.
Aferição que tipos de ingredientes e os ambientes eram propícias para a vida na Terra formando informará ambições astrobiológicos. Saber o que procurar em futuras missões a locais potenciais para a vida, como a lua Europa, de Júpiter, será um benefício de um quadro mais completo de micróbios no início da Terra.
Melhor ainda do que brincar com proteínas individuais, no entanto, seria avaliar um organismo inteiro. E fique atento: construindo em seu sucesso com a filogenética, Gaucher e colegas esperam ser capaz de trazer antigas bactérias e archaea de volta dos mortos.
No entanto, as proteínas derivadas da sequência de consenso não eram tão estáveis como as proteínas filogenéticas. Tampouco parceiro com tantas outras moléculas relevantes. Este é um traço de tendência de proteínas antigas, que de acordo com a teoria, começaram como generalistas, então afinados e especializados ao longo da evolução. Embora as proteínas seqüência de consenso diferem em apenas alguns aminoácidos, importantes diferenças na funcionalidade seguido.
No geral, engenharia consenso não parece ser a melhor maneira de trabalhar para trás para descobrir como a vida antiga trabalhado, a partir de um ponto de vista a biotecnologia ou a astrobiologia.
"Consenso certamente continua a ser uma abordagem interessante em engenharia de proteínas", disse o co-autor do papel de José M. Sanchez-Ruiz, também um químico da Universidade de Granada. No entanto, Sanchez-Ruiz acrescentou, o estudo "resultados apoiar a reconstrução ancestral e ressurreição como um procedimento mais eficiente para obter proteínas com propriedades extremas e úteis."
Aprender mais sobre a vida primordial vai abrir um monte de caminhos para a ciência. Em um nível fundamental, reconstruindo a vida de volta através dos tempos nos deixa mais familiarizados com as partes e peças biologia requer.
"De forma análoga ao ditado de engenharia que você não pode entender alguma coisa a menos que você pode construí-lo, uma compreensão mais completa da vida só virá quando nós podemos construir a vida", disse Gaucher.
Aferição que tipos de ingredientes e os ambientes eram propícias para a vida na Terra formando informará ambições astrobiológicos. Saber o que procurar em futuras missões a locais potenciais para a vida, como a lua Europa, de Júpiter, será um benefício de um quadro mais completo de micróbios no início da Terra.
Melhor ainda do que brincar com proteínas individuais, no entanto, seria avaliar um organismo inteiro. E fique atento: construindo em seu sucesso com a filogenética, Gaucher e colegas esperam ser capaz de trazer antigas bactérias e archaea de volta dos mortos.
"Embora a maioria dos estudos ressurreição foco atualmente em ressuscitar uma ou duas famílias de proteínas de cada vez", disse Gaucher, "prevemos que será capaz de ressuscitar um genoma ancestral completa em um futuro próximo e dar início a este genoma utilizando moderna vida, em essência, ressuscitar formas longo extintos da vida ".
Imagem na parte superior da página é uma visualização da estrutura de uma proteína. Crédito: Ken Downing, UC Berkeley e LBNL
O Galaxy diário via Adam Hadhazy / http: //www.astrobio.net
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