Группа ученых из России изучила направления эволюции аминокислотных последовательностей белков у позвоночных животных и насекомых и проследила факторы, влияющие на процесс эволюции. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Белки обеспечивают большинство важнейших функций организма, поэтому изменения аминокислотных последовательностей белков – настоящее зеркало эволюции, в котором ученые могут отслеживать эволюционные изменения и их значения для организма.

Эволюция белковых последовательностей может происходить под действием двух факторов. Первый фактор – внешний (например, изменение окружающей среды или влияние патогенов); это классический двигатель эволюции. Второй фактор – изменения внутри генома: обычно в этом случае имеют в виду эпистаз – взаимодействие между разными генами.

Группа ученых из Сколтеха, Института проблем передачи информации РАН, МГУ и Института эпидемиологии под руководством профессора Центра наук о жизни Сколтеха Георгия Базыкина показала, что эти две силы приводят к противоположным паттернам эволюции последовательностей – и таким образом, смотря на эти паттерны, можно оценить вклад внешней среды и эпистаза в эволюцию белков.

«Паттерны заключаются в том, что из-за внешних изменений вариант гена, который сейчас закрепился в ходе эволюции, со временем будет становиться менее выгодным. А под действием эпистаза, наоборот, происходит коэволюция, взаимодействующие участки генома “подстраиваются” друг под друга, и в итоге их удачное сочетание становится все более эволюционно выгодным», – рассказывает первый автор исследования, аспирантка Сколтеха Анастасия Столярова.

С помощью биоинформатического анализа белковых последовательностей из геномов позвоночных и насекомых ученым удалось описать новые универсальные эволюционные закономерности. Можно сказать, что внешние факторы служат причиной положительного отбора, действующего на некоторые позиции в геноме, и являются важным аспектом быстрой эволюции в этих позициях. А вот действие эпистаза проявляется в позициях под отрицательным отбором, в результате чего в них реже происходят замены с одного варианта на другой – они эволюционируют медленнее.