Proteína Saudável “Big Bang” Revela Composição Molecular para Medicina, bem como Aplicações de Bioengenharia

As proteínas têm dominado silenciosamente nossas vidas, considerando que a pandemia de COVID-19 começou. Vivemos à mercê da proteína chamada “pico” do vírus, que se alterou dezenas de vezes para desenvolver variantes cada vez mais fatais. No entanto, a realidade é que as proteínas constantemente nos governam. No nível celular, eles são responsáveis ​​por praticamente tudo.

Proteínas saudáveis ​​são tão essenciais que o DNA – o material hereditário que torna cada um de nós único, é essencialmente uma longa sequência de planos de proteínas. Isso vale para animais de estimação, plantas, fungos, germes, archaea e também infecções. E também, da mesma forma, à medida que esses grupos de organismos evoluem e se alteram com o tempo, o mesmo ocorre com as proteínas saudáveis ​​e suas partes.

Um novo estudo de pesquisa de pesquisadores do College of Illinois, publicado na Scientific Reports, mapeia o histórico transformador e as inter-relações de nomes de domínio de proteínas saudáveis, as subunidades de moléculas de proteínas benéficas, ao longo de 3,8 bilhões de anos.

“Entender como e por que os nomes de domínio se integram às proteínas saudáveis ​​ao longo do desenvolvimento pode ajudar os pesquisadores a reconhecer e também projetar a tarefa das proteínas para a medicina e também para as aplicações de bioengenharia. Por exemplo, esses entendimentos podem direcionar o gerenciamento de condições, como fazer melhores injeções de a proteína spike saudável dos vírus COVID-19 “, diz Gustavo Caetano Anollés, professor do Departamento de Ciências de Culturas, afiliado do Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica em Illinois, e também autor sênior do artigo.

Caetano-Anollés pesquisou o desenvolvimento de mutações COVID por causa do início da pandemia, mas essa linha do tempo representa uma fração mínima do que ele e também o aluno de doutorado Fayez Aziz abordaram em suas pesquisas existentes.

Os pesquisadores compilaram sequências e estruturas de milhões de séries de proteínas inscritas em milhares de genomas em todos os grupos taxonômicos, consistindo em microrganismos e micróbios superiores. Eles concentraram proteínas completas, no entanto, em vez de nomes de domínio estruturais.

“A maioria das proteínas saudáveis ​​é construída a partir de mais de um domínio. São pequenos sistemas arquitetônicos, ou componentes, que nutrem recursos especializados”, diz Caetano-Anollés. “Muito mais notavelmente, eles são os dispositivos de avanço.”

Depois de organizar as proteínas em domínios para construir árvores transformadoras, eles estão prontos para trabalhar construindo uma rede para entender como os ambientes foram criados e compartilhados entre proteínas saudáveis ​​ao longo de bilhões de anos de desenvolvimento.

“Construímos uma série temporal de redes que descrevem como os nomes de domínio se reuniram e como as proteínas saudáveis ​​reorganizaram seus nomes de domínio por meio do avanço. Esta é a primeira vez que tal rede de ‘organização de domínio’ foi pesquisada como uma cronologia evolutiva”, Fayez Aziz afirma. “Nosso estudo expôs que há uma grande rede em desenvolvimento explicando como os domínios se combinam em proteínas saudáveis.”

Cada link de rede representa um momento em que um nome de domínio específico foi recrutado diretamente em uma proteína saudável, geralmente para executar um novo recurso.

“Esta realidade por si só recomenda altamente que o recrutamento de domínio é uma força poderosa na natureza”, afirma Fayez Aziz. A cronologia também revelou quais domínios contribuíam para funções essenciais de proteínas saudáveis. Como exemplo, os pesquisadores foram capazes de rastrear os primórdios dos nomes de domínio responsáveis ​​pelo sensoriamento ecológico, bem como metabólitos ou contaminantes adicionais utilizados nas defesas de bactérias e plantas.

A avaliação revelou que os domínios começaram a se integrar no início da evolução da proteína, mas também havia durações de desenvolvimento de rede explosiva. Por exemplo, os cientistas descrevem um “grande estrondo” de combinações de nomes de domínio 1,5 bilhão de anos antes, coincidindo com o surgimento de microorganismos multicelulares e eucariotos, organismos com núcleos ligados por membrana que incluem humanos.

A presença de big bangs orgânicos não é nova. O grupo de Caetano Anollés relatou anteriormente o vasto e muito precoce início do metabolismo, e também recentemente o encontraram mais uma vez ao rastrear o fundo das redes metabólicas.

O documento histórico de um grande estrondo explicando a colcha de retalhos transformadora de proteínas fornece ferramentas totalmente novas para reconhecer a composição protéica saudável.

“Isso pode ajudar a identificar, por exemplo, por que as variantes estruturais e também a recombinação genômica acontecem frequentemente no SARS-CoV-2”, afirma Caetano Anollés.

Ele afirma que essa nova compreensão de proteínas saudáveis ​​pode ajudar a prevenir pandemias, dissecando como as doenças infecciosas ocorrem. Além disso, pode ajudar a aliviar a doença, melhorando o desenho da vacina quando os episódios ocorrem.

Referência: “Evolução das redes de organização do domínio de proteínas” por M. Fayez Aziz e Gustavo Caetano-Anollés, 8 de junho de 2021, Relatórios Científicos.
DOI: 10.1038 / s41598-021-90498-8