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生物学家“穿越时空”超30亿年 破解细胞蛋白质合成机制的重要部分

2021-05-23 09:42 · 稿源:cnbeta

乌普萨拉大学的一个研究小组成功地研究了 "翻译因子"--细胞蛋白质合成机制的重要组成部分,这种机制已持续了几十亿年。通过研究这些古老的 "复活"因子,研究人员能够确定它们比现在的、更专业的对应物具有更广泛的特性。

为了生存和生长,所有细胞都包含一个内部的蛋白质合成工厂。这由核糖体和相关的翻译因子组成,它们一起工作以确保复杂的蛋白质生产过程顺利进行,但直到现在科学家们还不知道这个过程是如何演变的。

发表在《分子生物学与进化》杂志上的这项新研究,将细胞和分子生物学系的Suparna Sanyal教授领导的研究小组带入了一个回到过去的史诗般的旅程。之前发表的一项研究使用了一种特殊的算法来预测一种重要的翻译因子的祖先的DNA序列,这种翻译因子被称为热不稳定延长因子,或EF-Tu,可以追溯到数十亿年前。乌普萨拉研究小组利用这些DNA序列复活了古老的细菌EF-Tu蛋白,然后研究其特性。

研究人员查看了EF-Tu进化史上的几个节点。他们创造的最古老的蛋白质大约有33亿年历史。

"看到祖先的EF-Tu蛋白与地球上相应时间段的地质温度相匹配,这很令人惊讶。"Suparna Sanyal说:"30亿年前的天气要暖和得多,这些蛋白质在70°C时甚至功能都保持良好,而3亿年前的蛋白质只能承受50°C。"

研究人员能够证明古代的延伸因子与各种类型的核糖体兼容,因此可以被归类为"万能钥匙",而它们的现代后代则已经进化为履行更专一的任务。虽然这使它们更有效率,但它们需要特定的核糖体才能正常运作。研究结果还表明,核糖体可能是在其他相关翻译因子之前进化出了它们的RNA核心。

"我们现在知道蛋白质合成是如何进化到这一点的,这使得我们有可能对未来进行建模。如果翻译因子已经进化到了这样的专业化水平,那么将来会发生什么,例如在新的突变情况下?"Suparna Sanyal提出了这样的问题。

研究人员已经证明有可能重新创造这种古老的蛋白质,而且极其古老的翻译因子与许多不同类型的核糖体配合得很好,这一事实表明,这一过程对蛋白质制药研究具有潜在的兴趣。如果事实证明,蛋白质合成的其他古老成分也是通用的,那么将来就有可能利用这些古老的变种,用非天然或合成成分来生产治疗性的蛋白质。

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