科技日報記者 張夢然
西班牙基因組調(diào)控研究中心的科學(xué)家們在最新一期《自然·通訊》上發(fā)表了一項創(chuàng)新研究，展示了如何利用蛋白質(zhì)三維形狀，解開生命中古老的“歷史密碼”，揭示了生命之樹中最古老的進化關(guān)系。這項研究首次將蛋白質(zhì)的形狀數(shù)據(jù)與基因序列數(shù)據(jù)結(jié)合，提高了進化樹的準確性。
進化樹對于理解生物間的親緣關(guān)系、病原體傳播路徑、疫苗研發(fā)及新發(fā)疾病治療非常重要。傳統(tǒng)上，科學(xué)家通過比較DNA或蛋白質(zhì)的線性序列來構(gòu)建進化樹，但這種方法在處理非常古老的物種時，遇到了“飽和問題”。這是因為隨著時間推移，基因組序列變化很大，以至于原始的遺傳信息幾乎消失。這就如同古老文本因時間久遠而字跡模糊，難以辨認。
為了解決這個問題，團隊開始關(guān)注蛋白質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)。因為這些結(jié)構(gòu)比序列更穩(wěn)定，能夠更長時間保留祖先的特征。即使氨基酸序列發(fā)生變化，只要保持了相同的三維折疊模式，蛋白質(zhì)就能繼續(xù)發(fā)揮相同的功能。
此次團隊使用了一種名為“互距離分布”（IMD）的方法，測量了蛋白質(zhì)內(nèi)部氨基酸之間的距離，以此來評估結(jié)構(gòu)的變化程度。他們發(fā)現(xiàn)，基于這種結(jié)構(gòu)信息構(gòu)建的進化樹，可以避免傳統(tǒng)方法遇到的飽和問題，并且能提供更加可靠的進化關(guān)系圖譜。
當把蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和序列信息結(jié)合起來時，就像讓兩位目擊者從不同角度描述同一事件，這樣可以獲得更為完整、準確的結(jié)果。例如，在人類基因組中的激酶家族，它們參與了許多細胞活動，也是癌癥治療的重要靶點，通過這種方法可以更好地理解這些激酶之間的進化關(guān)系。
該技術(shù)的應(yīng)用潛力十分巨大，不僅有助于人們改進癌癥治療方法，還可以加深對疾病演變的理解，從而促進醫(yī)療進步。
總編輯圈點：
就像古代文本被侵蝕，字母變得模糊不清，信息無法解讀一樣，進化的古老歷史也會面臨同樣的問題，并等待科學(xué)家們?nèi)ァ靶迯?fù)”。今天這項成果，從短期來看，這種方法能幫助醫(yī)學(xué)界揭示疾病復(fù)雜特性的發(fā)展歷程，同時支持一些新酶類的發(fā)現(xiàn)，甚至，它還可以用于監(jiān)測氣候變化背景下物種分布的變化情況。而從長遠角度看，它為生物學(xué)研究打開了一扇新的大門，讓人們能從前所未有的途徑，探索地球生命的悠久歷史。
