Os pesquisadores compilaram sequaªncias e estruturas de milhões de sequaªncias de proteanas codificadas em centenas de genomas em todos os grupos taxona´micos, incluindo organismos superiores e micróbios.
Gustavo Caetano-Anolles rodeado pela representação de redes moleculares. Crédito: Fred Zwicky.
As proteanas tem tomado controle silencioso sobre nossas vidas desde o inicio da pandemia de COVID-19. Temos vivido ao sabor da proteana chamada "pico" do varus, que sofreu mutações dezenas de vezes para criar variantes cada vez mais mortais. Mas a verdade éque sempre fomos governados por proteanas. Nonívelcelular, eles são responsa¡veis ​​por quase tudo.
As proteanas são tão fundamentais que o DNA - o material genanãtico que torna cada um de nosaºnico - éessencialmente apenas uma longa sequaªncia de projetos de proteanas . Isso éverdade para animais, plantas, fungos, bactanãrias, arqueas e atémesmo varus. E assim como esses grupos de organismos evoluem e mudam com o tempo, o mesmo acontece com as proteanas e suas partes componentes.
Um novo estudo de pesquisadores da Universidade de Illinois, publicado na Scientific Reports , mapeia a história evolutiva e as inter-relações dos domanios das proteanas, as subunidades das moléculas de proteanas, ao longo de 3,8 bilhaµes de anos.
"Saber como e por que os domanios se combinam em proteanas durante a evolução pode ajudar os cientistas a entender e projetar a atividade das proteanas para aplicações em medicina e bioengenharia. Por exemplo, esses insights podem orientar o gerenciamento de doena§as, como fazer vacinas melhores com a proteana spike de COVID-19 varus ", diz Gustavo Caetano-Anollanãs, professor do Departamento de Ciências da Colheita, afiliado do Instituto Carl R. Woese de Biologia Gena´mica em Illinois, e autor saªnior do artigo.
Caetano-Anollanãs estudou a evolução das mutações COVID desde os primeiros esta¡gios da pandemia, mas essa linha do tempo representa uma fração minaºscula do que ele e o estudante de doutorado Fayez Aziz fizeram em seu estudo atual.
Os pesquisadores compilaram sequaªncias e estruturas de milhões de sequaªncias de proteanas codificadas em centenas de genomas em todos os grupos taxona´micos, incluindo organismos superiores e micróbios. Eles se concentraram não em proteanas inteiras, mas em domanios estruturais.
“A maioria das proteanas écomposta por mais de um domanio. Sa£o unidades estruturais compactas, ou ma³dulos, que abrigam funções especializadasâ€, diz Caetano-Anollanãs. "Mais importante, eles são as unidades de evolução."
Depois de classificar as proteanas em domanios para construir a¡rvores evolutivas, eles começam a trabalhar construindo uma rede para entender como os domanios se desenvolveram e foram compartilhados entre as proteanas ao longo de bilhaµes de anos de evolução.
"Construamos uma sanãrie de redes temporais que descrevem como os domanios se acumularam e como as proteanas reorganizaram seus domanios durante a evolução. Esta éa primeira vez que tal rede de 'organização de domanio' foi estudada como uma cronologia evolutiva", diz Fayez Aziz. "Nossa pesquisa revelou que háuma vasta rede em evolução que descreve como os domanios se combinam nas proteanas."
Cada link da rede representa um momento em que um determinado domanio foi recrutado para uma proteana, normalmente para desempenhar uma nova função.
"Este fato por si são sugere fortemente que o recrutamento de domanio éuma força poderosa na natureza", diz Fayez Aziz. A cronologia também revelou quais domanios contribuaam com funções importantes de proteanas. Por exemplo, os pesquisadores foram capazes de rastrear as origens dos domanios responsa¡veis ​​pelo sensoriamento ambiental, bem como metaba³litos secunda¡rios, ou toxinas usadas nas defesas de bactanãrias e plantas.
“Isso poderia ajudar a identificar, por exemplo, por que variações estruturais e recombinações gena´micas ocorrem com frequência no SARS-CoV-2â€
Caetano-Anollanãs.
A análise mostrou que os domanios começam a se combinar no inicio da evolução da proteana, mas também houve períodos de crescimento explosivo da rede. Por exemplo, os pesquisadores descrevem um "big bang" de combinações de domanio há1,5 bilha£o de anos, coincidindo com o surgimento de organismos multicelulares e eucariotos, organismos com núcleos ligados por membrana que incluem humanos.
A existaªncia de big bangs biola³gicos não énova. A equipe de Caetano-Anollanãs relatou anteriormente a origem massiva e precoce do metabolismo, e recentemente eles o encontraram novamente ao rastrear a história das redes metaba³licas.
O registro hista³rico de um big bang que descreve a colcha de retalhos evolutiva das proteanas fornece novas ferramentas para entender a composição das proteanas.
“Isso poderia ajudar a identificar, por exemplo, por que variações estruturais e recombinações gena´micas ocorrem com frequência no SARS-CoV-2â€, diz Caetano-Anollanãs.
Ele acrescenta que essa nova forma de entender as proteanas pode ajudar a prevenir pandemias, dissecando como as doenças virais se originam. Tambanãm pode ajudar a mitigar doena§as, melhorando o desenho de vacinas quando ocorrem surtos.