Ilmuwan Menemukan Protein Kuno yang Dapat Menulis Ulang Evolusi
Para peneliti telah menemukan lipatan protein kuno yang mungkin menjelaskan bagaimana bahan dasar kehidupan menjadi sistem kompleks yang kita lihat sekarang.
Struktur yang telah lama hilang ini dapat membantu memecahkan misteri tentang kehidupan awal dan evolusi.
Penemuan Lipatan Protein yang Hilang
Dua ahli biologi RIKEN telah menemukan lipatan protein yang sebelumnya tidak diketahui melalui eksperimen laboratorium, memberikan wawasan baru mengenai evolusi awal kehidupan di Bumi. Lipatan protein ini, yang sama sekali tidak ada pada protein modern, dapat mengisi kesenjangan kritis dalam pemahaman kita tentang evolusi molekuler.
Protein yang menggerakkan proses biologis penting, seperti ekspresi gen dan produksi protein, bergantung pada berbagai lipatan struktural yang disebut lipatan β-barrel. Namun, jalur evolusi yang menghubungkan lipatan-lipatan ini masih belum jelas—sampai sekarang.
Melalui simulasi, para peneliti mengidentifikasi kemungkinan topologi lipat kuno, yang diberi nama double-zeta β-barrel (DZBB). Penemuan ini menyoroti bagaimana mesin biomolekuler yang kompleks mungkin berevolusi dari prekursor yang lebih sederhana, sehingga menawarkan perspektif baru tentang asal mula kompleksitas molekuler kehidupan.
Wawasan Tentang Evolusi Protein
“Penemuan lipatan protein mata rantai yang hilang ini membantu kita memahami hubungan evolusi antara banyak protein berbeda dengan cara yang jauh lebih sederhana dari yang kita duga,” jelas Shunsuke Tagami dari Pusat Penelitian Dinamika Biosistem (BDR) RIKEN.
DZBB menyerupai silinder kompak yang terdiri dari untaian protein yang saling terkait. Struktur kuno mirip origami dapat berubah menjadi bentuk protein penting lainnya hanya dengan beberapa penyesuaian, menurut temuan Tagami dan rekan BDR, Sota Yagi. Rakitan DZBB ini berfungsi sebagai landasan serbaguna untuk evolusi molekuler.
Dengan menggunakan teknik biologi sintetik di laboratorium, pasangan ini menelusuri perkembangan lipatan protein purba ini. Mereka mulai dengan lipatan yang ditemukan DNA Dan RNA polimerase—enzim yang bertanggung jawab untuk replikasi genom dan transkripsi gen. Dan mereka menunjukkan bahwa, melalui langkah-langkah mutasi yang sederhana dan layak, mereka mungkin telah berevolusi menjadi lipatan yang ditemukan pada protein ribosom modern, yang penting untuk sintesis protein dalam sel.
Tantangan AI dalam Penelitian Protein
Perkembangan evolusioner ini memerlukan struktur perantara, DZBB, yang hanya dapat ditemukan secara eksperimental—tidak dapat diprediksi melalui metode komputasi, bahkan menggunakan algoritme pembelajaran mesin terbaru. Ini menggarisbawahi keterbatasan arus kecerdasan buatan (AI) model dalam mengidentifikasi struktur protein kompleks tersebut.
“Karena AI memberikan jawaban yang sangat dipengaruhi oleh kumpulan data pelatihan, validasi eksperimental tetap penting untuk menghasilkan penemuan yang benar-benar tidak terduga,” kata Tagami.
Implikasi Penemuan DZBB
Hasilnya mungkin membantu memecahkan misteri lama tentang bagaimana protein primordial berevolusi untuk mengelola proses genetik. Sifat metamorfik DZBB, yang memungkinkannya mengadopsi berbagai bentuk stabil dalam kondisi berbeda, mungkin telah memungkinkan mesin molekuler di awal kehidupannya melakukan diversifikasi dengan cepat—seperti halnya hewan. jenis selama ledakan Kambrium.
Temuan ini juga menimbulkan pertanyaan menarik: jika DZBB sangat penting dalam memungkinkan munculnya mesin molekuler yang mengatur aliran informasi genetik di dalam sel, lalu mengapa topologi lipat tidak lagi terlihat saat ini?
“DZBB mungkin merupakan bentuk protein sementara yang hanya ada selama transisi evolusioner antara bentuk-bentuk sederhana kuno,” kata Tagami.
Referensi: “Lipatan leluhur mengungkap hubungan evolusi antara RNA polimerase dan protein ribosom” oleh Sota Yagi, dan Shunsuke Tagami, 18 Juli 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-50013-9
