Ny undersøgelse afslører evolutionens hemmeligheder på molekylært niveau

En undersøgelse ledet af ANU har genfortalt den evolutionære historie af et moderne enzym med en teknik kaldet forfædres proteinrekonstruktion - en opdagelse, der vil hjælpe nye enzymer til at blive konstrueret til brug i medicin og industri.

Hovedforfatter Dr. Ben Clifton fra ANU sagde, at mens eksperimentel evolutionær biokemi havde givet stor indsigt i udviklingen af ​​nye enzymer, mange spørgsmål forblev ubesvarede.

"Denne teknik giver os mulighed for at genoplive, i en vis forstand, proteiner, der har været uddøde i millioner af år, så de kan studeres i laboratoriet, " sagde Dr. Clifton fra ANU Research School of Chemistry.

Det nye arbejde med enzymet kaldet cyclohexadienyl dehydratase, udgivet i Naturens kemiske biologi , afslører de molekylære evolutionære processer, der ligger til grund for fremkomsten af ​​nye enzymer.

"Enzymer er proteiner, der er essentielle for livet på grund af deres evne til at fremskynde specifikke kemiske reaktioner, " sagde Dr. Clifton.

"Det er vigtigt at forstå de evolutionære processer, der skaber nye enzymer, fordi vi så kan efterligne disse processer for at designe eller konstruere enzymer til vores egne formål i den bioteknologiske eller farmaceutiske industri."

Seniorforsker lektor Colin Jackson fra ANU sagde, at en stor udfordring ved at bruge enzymer i bioteknologi eller medicin var at konstruere dem til at udføre specifikke opgaver, snarere end hvad de naturligt har udviklet sig til at gøre.

"Det store problem, vi står over for, når vi udvikler enzymer, er først at forstå, hvordan de virker, og hvordan de kan få nye funktioner, " sagde Dr. Jackson, som er ARC Future Fellow ved ANU Research School of Chemistry.

"Tidligere undersøgelser af enzymudvikling har vist, hvordan det er muligt for nye enzymer at udvikle sig fra eksisterende enzymer - men vi vidste stadig meget lidt om, hvordan enzymer udviklede sig i første omgang, " han sagde.

Dr. Clifton sagde, at forskerholdet var i stand til at vise, hvordan individuelle mutationer i et inaktivt protein introducerede og gradvist forfinede proteinets evne til at fremskynde en bestemt kemisk reaktion.

"Vores arbejde giver det mest detaljerede eksempel, til dato, af en naturlig evolutionær proces, der kan skabe et enzym fra bunden, " han sagde.