2636
Еволюція нових ферментів часто відбувається не з нуля, а через дублювання старого гена й поступовий поділ функцій між його копіями. Щоб побачити цей процес не лише в теоретичних моделях, дослідники реконструювали білок, який існував у спільного предка кількох сучасних бактеріальних ферментів, синтезували його в лабораторії та порівняли з нащадками. Виявилося, що древній фермент був значно менш спеціалізованим і міг виконувати кілька реакцій, які сьогодні розподілені між різними білками.
Метод називають ancestral protein reconstruction. Спочатку вчені збирають послідовності сучасних споріднених білків і будують їхнє еволюційне дерево. Потім статистичні моделі оцінюють, які амінокислоти найімовірніше були в кожній позиції білка у давнього предка. Отриману послідовність перетворюють на реальний ген, вставляють його в лабораторну систему й синтезують сам білок.
У новій роботі команда відтворила предковий фермент бактеріальної лінії, де сучасні представники вже виконують різні біохімічні задачі. Порівняння показало, що стародавній білок мав ширший субстратний спектр: він каталізував кілька схожих реакцій із помірною ефективністю замість того, щоб бути максимально оптимізованим під одну.
Після генетичного дублювання дві копії отримали можливість еволюціонувати незалежно. Одна поступово покращувала роботу з одним типом субстрату, інша — з іншим. У результаті сучасні ферменти стали значно ефективнішими у власних спеціалізованих реакціях, але втратили частину старої універсальності.
Такий сценарій добре відповідає моделі subfunctionalization — поділу функцій предкового білка між нащадками. Команда також змінювала окремі амінокислоти в реконструйованому ферменті, щоб визначити, які саме мутації найбільше вплинули на спеціалізацію.
Виявилося, що вирішальними були не обов’язково зміни безпосередньо в активному центрі. Частина важливих мутацій розташовувалася далі, але змінювала гнучкість білка або положення окремих структурних елементів. Це показує, що нова функція може виникати через тонку перебудову всієї білкової архітектури, а не лише через «переробку» місця, де відбувається реакція.
Для біотехнології такі результати мають практичне значення. Древні широкоспецифічні ферменти можуть бути хорошими стартовими платформами для protein engineering, оскільки вони вже здатні працювати з кількома молекулами й можуть бути додатково оптимізовані під нові промислові або фармацевтичні реакції.
https://phys.org/news/2026-09-reconstructed-ancient-protein-bacterial-enzymes.html
