Pesquisadores da University of Colorado Anschutz Medical Campus e da University College London desenvolveram uma nova teoria da evolução molecular, oferecendo insights sobre como os genes funcionam, como as taxas de divergência evolutiva podem ser previstas, e como as mutações prejudiciais surgem em um nível básico.

"As moléculas são a base de toda a vida e queríamos descobrir por que as moléculas evoluem dessa forma, "disse o co-autor do estudo David Pollock, PhD, professor de bioquímica e genética molecular na Faculdade de Medicina da UC.

Pollock e seu colega autor Richard Goldstein, Ph.D., professor de infecção e imunidade na University College London, publicou o estudo em 23 de outubro, 2017 no jornal Ecologia e evolução da natureza .

Sua teoria da mecânica evolutiva transforma os sistemas moleculares em evolução em uma estrutura onde as ferramentas da mecânica estatística podem ser aplicadas, abrindo uma nova janela sobre como funciona a evolução da proteína.

"A abordagem baseia-se na compreensão das proteínas como sistemas integrados, "disse Goldstein." Muitas vezes ignoramos as interações entre as diferentes partes de uma proteína, mas sabemos que as mudanças em uma parte da proteína afetam as mudanças subsequentes em outras partes. Acontece que isso é realmente importante para entender por que essas moléculas evoluem dessa forma. "

As proteínas mudam constantemente conforme as mutações se tornam fixas ou eliminadas, dependendo da estrutura da proteína, função e estabilidade. Isso depende das interações de aminoácidos em toda a proteína que causam a evolução em um local para alterar a chance de evolução em outros locais.

Os cientistas descobriram que podiam prever as taxas de evolução das proteínas com base em suas propriedades bioquímicas.

"Esta foi uma verdadeira surpresa, "Pollock disse." Nossa teoria é responsável por efeitos genéticos populacionais bem conhecidos, como a força da seleção e o tamanho efetivo da população, mas eles caem fora das equações finais que predizem a taxa de evolução molecular. "

Por anos, pesquisadores encontraram problemas com modelos padrão de evolução molecular usados ​​no estudo das relações evolutivas entre as espécies. Isso levou a dificuldades na reconstrução de eventos evolutivos importantes em organismos ancestrais.

Descobriu-se que esses padrões de convergência molecular mudam regularmente ao longo do tempo evolutivo de maneiras que indicam restrições de flutuação contínua em diferentes partes das proteínas.

"Isso inverte a ideia usual de que os aminoácidos se ajustarão às necessidades do resto da proteína, "Goldstein disse." Mas não podíamos explicar exatamente por que isso aconteceu, ou se houve alguma regularidade no processo. "

Mas, uma vez que o sistema foi colocado em uma estrutura de mecânica estatística, a magnitude do entrincheiramento de aminoácidos foi vista como central para a compreensão das taxas de divergência evolutiva.

Os pesquisadores disseram que a força da seleção na evolução da proteína é balanceada pela entropia da sequência de dobramento, o número de sequências que fornecem uma proteína com um determinado grau de estabilidade.

"Gostamos de pensar nos outros aminoácidos como um bando de crianças pulando em um colchão de espuma viscoelástica enquanto você tenta caminhar sobre ele, "Pollock disse." Na maioria das vezes seus pés estão afundados no colchão e você não pode dar um passo à frente, mas, de vez em quando, as crianças farão uma marca no colchão que permitirá que você dê um passo à frente. "