نقش حیاتی پروتئین‌ ها در تکامل و توسعه زندگی

مزایای داده‌های ساختاری در مطالعه فیلولوژی

برای غلبه بر مشکل اشباع، محققان به سمت مطالعه ساختار پروتئین‌ها روی آوردند. پروتئین‌ها به‌صورت پیچیده‌ای تا می‌شوند و این اشکال سه‌بعدی اغلب در طول زمان تکاملی حفظ می‌شوند، درحالی‌که توالی‌های ژنتیکی دچار تغییرات زیادی می‌گردند. این موضوع موجب شد دانشمندان ساختار پروتئین‌ها را به‌عنوان ابزاری دقیق‌تر برای ردیابی تاریخ تکاملی به کار گیرند.

در ساختار پروتئین‌ها، موقعیت فضایی آمینواسیدها نقش حیاتی دارد. اگرچه جهش‌ها می‌توانند توالی را تغییر دهند، اما شکل کلی پروتئین برای حفظ عملکرد اصلی اغلب ثابت می‌ماند. محققان از این ویژگی برای اندازه‌گیری تغییرات ساختاری در طول زمان استفاده کردند.

رویکرد ترکیبی و دقت بیشتر درختان تکاملی

این پژوهش تعداد زیادی از پروتئین‌های شناخته‌شده از گونه‌های مختلف را بررسی کرد و فاصله بین آمینو اسیدها در هر پروتئین اندازه‌گیری شد تا درختان تکاملی بر اساس ساختار طراحی شوند.

گزارش‌ها نشان دادند که درختان حاصل از داده‌های ساختاری با درختان ژنتیکی قدیمی تطابق دارند، اما برتری خاصی نیز دارند: درختان ساختاری کمتر درگیر مشکل اشباع می‌شوند. به عبارت دیگر، حتی وقتی توالی‌های ژنتیکی کاملاً تغییر می‌کنند، ساختارها هنوز اطلاعات قابل اعتمادی را حفظ می‌کنند.

با ترکیب داده‌های ژنتیکی و ساختاری، پژوهشگران به روشی دست یافتند که روابط تکاملی را با دقت بیشتری مشخص می‌کند و تفاوت‌های اشتباه را به‌وضوح تشخیص می‌دهد.

لیلا منصوری، از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: «مثل این است که دو شاهد از زوایای متفاوت به یک رویداد نگاه کنند. هر یک دیدگاه متفاوتی می‌دهند، اما با ادغام مشاهده‌ها، تصویری کامل‌تر و دقیق‌تر شکل می‌گیرد.»

یکی از موارد عملی استفاده از این رویکرد، درک بهتر روابط میان خانواده کینازها در ژنوم انسان است. کینازها از جمله مهم‌ترین پروتئین‌های تنظیم‌کننده عملکرد سلولی محسوب می‌شوند.

به گفته نوتردام، «ژنتیک انسان و بسیاری از پستانداران حدود ۵۰۰ کیناز پروتئینی دارد که بسیاری از فرایندهای زیستی را کنترل می‌کنند. این پروتئین‌ها هدف اصلی بسیاری از درمان‌های سرطان هستند.»

کاربردهای گسترده درختان تکاملی

کاربرد این رویکرد تنها محدود به سرطان نمی‌شود. از طریق ساخت درختان تکاملی دقیق‌تر، می‌توان شناخت عمیق‌تری از نحوه تکامل بیماری‌ها به‌دست آورد و به توسعه درمان‌ها و واکسن‌های جدید کمک کرد. همچنین این روش می‌تواند در شناسایی ریشه‌های ویژگی‌های ژنتیکی، کشف آنزیم‌های نوین برای بیوتکنولوژی، و پیگیری پاسخ گونه‌ها به تغییرات اقلیمی کارآمد باشد.