Ученые из Исследовательского института Скриппса (США) смогли доказать, что на протяжении сотен миллионов лет эволюции белков куда большее значение имело то, как они двигаются, а не как изменялась их молекулярная структура. Данное открытие важно не только для понимания эволюции белков, но также необходимо для разработки антибиотиков и других лекарственных средств.

По большому счету, белок – это механизм, который характеризуется особым типом строения и способом передвижения.

Ученые давно знают, что развитие белка происходит за счет его структурных изменений, однако открытие того, что способ движения белка является не менее важным, стало настоящей бомбой.

В своем исследовании ученые из института Скриппса изучали фермент дигидрофолат-редуктаза (DHFR) , который находится почти во всех живых организмах и необходим для синтеза ДНК. DHFR также частая мишень для разного типа лекарств, включая антибиотики, противораковые и противомалярийные препараты.

Ученые заинтересовались получением дополнительной информации о DHFR, чтобы избежать возникновения устойчивости к лекарствам.

В исследовании, опубликованном в 2011 году, ученые показали, что

движения DHFR-фермента в кишечной бактерии E.coli, имеют решающее значение для его каталитической функции. В новом исследовании ученые проанализировали и сравнили динамику фермента DHFR кишечной палочки и фермента DHFR человека.

Несмотря на то, что эволюционные пути человека и бактерии были разными, у названного фермента сохранена очень похожая атомная структура.

Команда исследователей применяла различные методы для тщательного изучения двух вариантов фермента, в том числе рентгеновскую кристаллографию и ядерный магнитный резонанс, анализ аминокислотных последовательностей DHFR и оценку функции фермента в живых клетках и в пробирке в различных условиях.

Кроме того, был рассмотрены другие разновидности фермента DHFR, отличные от того, что есть у человека и кишечной палочки, чтобы получить более полное представление о пути эволюции ферментов к высшим организмам. Ученые и представить не могли, насколько различными окажутся способы движения белков в разных организмах. Так, в кишечной палочке фермент DHFR использует относительно протяженные движения гибких аминокислотных петель. Человеческий фермент двигается совершенно иначе – движения можно сравнить с формой раковины моллюска, спиралевидные, с завихрениями.

Разность в типе движения, как считают ученые, связана с тем, что ферментам приходилось выживать в разных средах. В итоге человеческий DHFR настолько хорошо настроен для работы в клетках человека, что не может работать должным образом в клетках кишечной палочки E.coli.

Ученые намерены продолжить исследования по изучению способов движения фермента DHFR и надеются выявить всю последовательность мутаций, которая привела к дифференциации DHFR от простейших бактерий до человека. Эволюционная история должна помочь ученым понять, как изменения DHFR приводят к устойчивости белков к лекарствам. Располагая данными о том, что DHFR человека отличается от фермента других млекопитающих, а также бактерий, можно будет начать разработку анти- DHFR препаратов, которые будут действовать точнее и снизят побочные эффекты.