Investigadores del Campus Médico Anschutz de la Universidad de Colorado y el University College London han desarrollado una nueva teoría de la evolución molecular, ofreciendo información sobre cómo funcionan los genes, cómo se pueden predecir las tasas de divergencia evolutiva, y cómo surgen las mutaciones dañinas a un nivel básico.

"Las moléculas son la base de toda la vida y queríamos averiguar por qué las moléculas evolucionan de la forma en que lo hacen, "dijo el coautor del estudio, David Pollock, Doctor, profesor de bioquímica y genética molecular en la Facultad de Medicina de CU.

Pollock y su colega autor Richard Goldstein, Doctor., profesor de infección e inmunidad en el University College London, publicó el estudio el 23 de octubre de 2017 en la revista Ecología y evolución de la naturaleza .

Su teoría de la mecánica evolutiva transforma los sistemas moleculares en evolución en un marco donde se pueden aplicar las herramientas de la mecánica estadística. abriendo una nueva ventana sobre cómo funciona la evolución de las proteínas.

"El enfoque se basa en entender las proteínas como sistemas integrados, ", dijo Goldstein." Con demasiada frecuencia ignoramos las interacciones entre diferentes partes de una proteína, pero sabemos que los cambios en una parte de la proteína afectan los cambios posteriores en otras partes. Resulta que esto es realmente importante para comprender por qué estas moléculas evolucionan de la forma en que lo hacen ".

Las proteínas cambian constantemente a medida que las mutaciones se fijan o eliminan según la estructura de la proteína, función y estabilidad. Esto depende de las interacciones de los aminoácidos en toda la proteína que provocan que la evolución en un sitio altere la posibilidad de evolución en otros sitios.

Los científicos descubrieron que podían predecir las tasas de evolución de las proteínas en función de sus propiedades bioquímicas.

"Fue una verdadera sorpresa, ", Dijo Pollock." Nuestra teoría explica los efectos genéticos de poblaciones bien conocidos, como la fuerza de selección y el tamaño efectivo de la población, pero abandonan las ecuaciones finales que predicen la tasa de evolución molecular ".

Durante años, Los investigadores se han encontrado con problemas con los modelos estándar de evolución molecular utilizados para estudiar las relaciones evolutivas entre especies. Esto condujo a dificultades para reconstruir eventos evolutivos importantes en organismos ancestrales.

Se encontró que estos patrones de convergencia molecular cambian regularmente a lo largo del tiempo evolutivo de formas que indican limitaciones continuamente fluctuantes en diferentes partes de las proteínas.

"Esto cambia la idea habitual de que los aminoácidos se ajustarán a los requisitos del resto de la proteína, ", Dijo Goldstein." Pero no pudimos explicar exactamente por qué sucedió esto, o si hubo alguna regularidad en el proceso ".

Pero una vez que el sistema se colocó en un marco de mecánica estadística, la magnitud del atrincheramiento de los aminoácidos se consideró fundamental para comprender las tasas de divergencia evolutiva.

Los investigadores dijeron que la fuerza de la selección en la evolución de las proteínas se equilibra con la entropía de la secuencia de plegamiento, el número de secuencias que proporcionan a una proteína un determinado grado de estabilidad.

"Nos gusta pensar en los otros aminoácidos como un grupo de niños saltando sobre un colchón de espuma viscoelástica mientras intentas caminar sobre él, "Dijo Pollock." La mayor parte del tiempo tus pies están hundidos en el colchón y no puedes dar un paso adelante, pero de vez en cuando los niños harán una abolladura en el colchón que le permitirá dar un paso adelante ".