蛋白质大爆炸揭示了医学和生物工程的分子构成

蛋白质是如此重要，以至于 DNA——使我们每个人都独一无二的遗传物质——本质上只是一长串蛋白质蓝图。对于动物、植物、真菌、细菌、古细菌，甚至病毒都是如此。正如这些生物群会随着时间的推移而进化和变化一样，蛋白质及其组成部分也是如此。

伊利诺伊大学研究人员发表在《科学报告》上的一项新研究描绘了 38 亿年来蛋白质结构域(蛋白质分子的亚基)的进化历史和相互关系。

“了解进化过程中域如何以及为什么在蛋白质中结合可以帮助科学家理解和设计蛋白质在医学和生物工程应用中的活性。例如，这些见解可以指导疾病管理，例如从 的刺突蛋白制造更好的疫苗病毒，”伊利诺伊州 Carl R. Woese 基因组生物学研究所附属作物科学系教授、该论文的资深作者 Gustavo Caetano-Anollés 说。

自大流行初期以来，Caetano-Anollés 一直在研究 COVID 突变的演变，但该时间表仅代表了他和博士生 Fayez Aziz 在当前研究中所研究的极少一部分。

研究人员编译了所有分类群(包括高等生物和微生物)的数百个基因组中编码的数百万个蛋白质序列的序列和结构。他们不关注整个蛋白质，而是关注结构域。

“大多数蛋白质由多个域组成。这些是具有特殊功能的紧凑结构单元或模块，”Caetano-Anollés 说。“更重要的是，它们是进化的单位。”

在将蛋白质分类到域中以构建进化树后，他们开始着手构建一个网络，以了解在数十亿年的进化过程中，域是如何在蛋白质之间发展和共享的。

“我们建立了一个时间序列网络，描述了域如何积累以及蛋白质如何通过进化重新排列它们的域。这是第一次将这种‘域组织’网络作为进化年表进行研究，”Fayez Aziz 说。“我们的调查显示，有一个巨大的不断发展的网络描述了蛋白质中的域如何相互结合。”

网络的每个链接都代表特定域被招募到蛋白质中的时刻，通常是为了执行新功能。

“仅凭这一事实就强烈表明域招募本质上是一股强大的力量，”Fayez Aziz 说。年表还揭示了哪些域贡献了重要的蛋白质功能。例如，研究人员能够追踪负责环境感知以及次级代谢物或用于细菌和植物防御的毒素的域的起源。

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