Big bang en el Universo de las proteínas

Investigadores del Centro de Regulación Genómica encuentran evidencias que apoyan el origen único de la vida gracias a una aproximación computacional de la evolución de las proteínas.

El trabajo, publicado en la revista Nature, copia al astrónomo Edwin Hubble y usa su aproximación teórica para el estudio de la evolución de las proteínas. La extrapolación de la aproximación de Hubble a las proteínas muestra cómo proteínas que compartían un ancestro común hace miles de millones de años continúan separando su composición molecular.

El estudio revela que la evolución de las proteínas todavía no ha llegado a su límite y sigue en expansión. A su vez, aporta mucha información sobre por qué esta evolución es tan lenta y conservadora mostrando que la estructura de las proteínas es más plástica de lo que se creía.

Hace casi 100 años, Edwin Hubble observó que las galaxias más distantes se alejaban de la tierra más rápido que las que se encuentran más cerca. Esta relación entre distancia y velocidad ha sido muy citada como evidencia del origen único del universo y del Big Bang. Ahora, investigadores del Centro de Regulación Genómica copian su perspectiva para investigar la divergencia entre las secuencias de proteínas.

“Queríamos saber si la evolución divergente entre proteínas todavía continuaba. Actualmente, podemos encontrar proteínas que casi no han variado después de 3.500 millones de años de evolución y este estudio nos ha permitido ver que su divergencia sigue adelante y que las proteínas tienden a ser cada vez más diferentes a pesar del increíble nivel de conservación”, explica Fyodor Kondrashov, investigador principal del trabajo y jefe del grupo de Genómica Evolutiva en el CRG.
El trabajo llevado a cabo por Fyodor Kondrashov e Inna Povolotskaya va más allá de los estudios de similitud y aborda la evolución de las proteínas desde el punto de vista de las dinámicas evolutivas ofreciendo así una nueva perspectiva sobre cómo las estructuras se mantienen en la evolución. “Igual que el trabajo de Hubble permitió extrapolar lo que él observaba en algunas galaxias hacia todo el universo, utilizando su aproximación a nivel molecular podemos obtener una visión general que nos ofrece la posibilidad de analizar dinámicas evolutivas y predecir los posibles cambios de las proteínas en el futuro” comenta Inna Povolotskaya, primera autora del trabajo y responsable de la obtención y análisis de los datos.

Las proteínas están formadas por combinaciones de aminoácidos. Con sólo 20 tipos de aminoácidos diferentes, es suficiente para formar proteínas distintas. Para obtener los datos de su estudio, los investigadores del CRG han comparado secuencias de proteínas de diferentes especies que se encuentran en la base de datos pública de información genética GenBank. Comparando estas secuencias, los autores han medido la distancia de las proteínas entre ellas y han ideado un método para medir la rapidez con la que las proteínas han acumulado los diferentes cambios. Así, han reproducido la aproximación de Hubble haciendo una correlación entre la distancia entre proteínas y la velocidad de su divergencia. El resultado indica que incluso las proteínas más distantes todavía acumulan diferencias.

El trabajo muestra cómo gracias a las nuevas técnicas de análisis computacional y la bioinformática podemos ampliar conocimientos también a nivel molecular. “Nuestro trabajo es un buen ejemplo sobre cómo podemos aprender cosas nuevas y fundamentales sólo analizando el gran volumen de datos que se pueden obtener en un laboratorio experimental”, afirma Kondrashov.

La mayoría de los cambios en una proteína son inviables o deletéreos porque, de alguna manera, perturban su estructura o función. La observación de los autores por la que afirman que incluso las proteínas más conservadoras todavía se separan, desafía a la primera afirmación porque implica que la mayoría de aminoácidos en una proteína pueden dar lugar a cambios sin ningún efecto negativo. La explicación es que los cambios en los aminoácidos que son inviables en una combinación, pueden ser benignos cuando suceden en otra combinación diferente. “Gracias a nuestro estudio podemos entender mejor la dinámica de la estructura de las proteínas” explica Kondrashov. Ello ofrece una nueva visión a todos los grupos que trabajan en la estructura de proteínas para encontrar nuevas dianas para diseñar medicamentos, etc.

El estudio de Kondrashov y Povolotskaya también aporta nueva información sobre cómo las interacciones entre los diferentes aminoácidos en la estructura de las proteínas retrasa la evolución pero no la frena.

Sobre Fyodor Kondrashov

Fyodor Kondrashow es un joven biólogo nacido en Rusia y criado entre Rusia y los Estados Unidos. Con sólo treinta años ya ha publicado 5 artículos científicos en la revista Nature, además de otros. Recientemente, ha sido galardonado con el Premio Dobzhansky 2010 que otorga la Evolution Society en los EEUU.

Desde 2008, Fyodor Kondrashow lidera el grupo de Genómica Evolutiva del Programa de Bioinformática y Genómica del Centro de Regulación Genómica en Barcelona. Se doctoró en la Universidad de California en San Diego y fue investigador en el National Institute of Health, NCBI, con Eugene Koonin.

En su grupo se esfuerzan para crear un ambiente abierto para investigar numerosas cuestiones diferentes en diversas áreas de la biología y la evolución. Actualmente, se centran en estudios computacionales de información genómica que incluye el análisis de secuencias, datos de expresión, estructura de proteínas y de ARN y redes genéticas y de proteínas. El grupo analiza estos datos bajo el punto de vista de la genética de poblaciones y la teoría evolutiva para describir nuevos fenómenos evolutivos y biológicos.

Fuente: Centro de Reglación Genómica de Barcelona.