• ראשי
  • האבולוציה הסודית של החלבונים נחשפת

    חוקרים הצליחו לשרטט את רשת הקשרים בין החלבונים השונים וגילו את את האבולוציה החשאית שלהם

    החוקר מאחורי המחקר

    חלבונים הם מרכיב חשוב מאוד באורגניזמים. הם נמצאים כמעט בכל מקום בעולם. למרות זאת, איננו יודעים דברים רבים עליהם. למשל, עד כמה החלבונים קשורים זה לזה? האם מוצאם מ"אם קדומה" אחת? אילו גורמים פיזיקו-כימיים משפיעים על האבולוציה של חלבון וכיצד? יצירת תמונה כוללת של היקום החלבוני יכולה לספק תשובות לשאלות אלה ולשאלות דומות. עם זאת, קשה ליצור תמונה כוללת שכזו משום שהיא מורכבת מריבוי של פרטים קטנים.

     

    השוואות בין זוגות של חלבונים 

    חלבונים בנויים משילובים שונים של מתחמים מבניים (Structural Domains), שמכילים די מידע כדי לבחון את היחסים האבולוציונים ואת הדמיון ביניהם. המדען פרופ' ניר בן-טל מהמחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית באוניברסיטת תל-אביב, בשיתוף עם ד"ר רחל קולודני וסרגיי נפומניאצ'י מאוניברסיטת חיפה, חקרו יחסי דמיון בתוך סט של 9710 מתחמי חלבונים. לשם כך הם נעזרו בתורת הרשתות, שבמסגרתה ניתן להציג באופן ויזואלי תהליכים ומבנים. הם השוו את המתחמים זה לזה וחיפשו "מוטיבים" משותפים - כלומר מקטעים ארוכים משותפים של חומצות אמינו. למוטיבים רצף חומצות אמינו דומה, כמו גם מבנה דומה, ולכן הם מעידים על קשרים אבולוציונים בין המתחמים.

     

    בעזרת שימוש בספים ברמת דמיון סבירה, התוצאה הוויזואלית היא רשת קשרים מסועפת המחברת נקודות רבות בקווים, כאשר כל נקודה מייצגת מתחם מבני. הרשת כוללת גוש גדול מרכזי וצפוף של קשרים קרובים בין המתחמים ו"איים מבודדים". כך היא מראה את מורכבות מרחב החלבונים הכולל אזורים קשירים ובדידים.

     

    הקשרים הרבים בגוש הגדול מעידים על האפשרויות השונות לשינויים אבולוציוניים. בזכותם ניתן להבין שיש חלבונים שהתקיימו פרק זמן ארוך מספיק כדי לקיים תהליך אבולוציוני שממנו התפתחו בהמשך חלבונים אחרים. בהקשר זה חשוב לציין שבעוד המתחמים נחשבים ליחידות מבנה עצמאיות, קרוב לוודאי שהמוטיבים אינם יציבים בזכות עצמם אלא רק כחלק ממתחמים.

     

    מבט מלמעלה על מרחב החלבונים

    המחקר הנו הראשון שמשלב דמיון במבנה וברצף בין חלבונים, בהקשר של רשתות, כדי לאפשר מבט על מרחב החלבונים "ממעוף הציפור". הרשת מציעה דרך טבעית לארגן את מרחב החלבונים ולחפש בתוכו. היא עתידה להוביל לתאוריות על האבולוציה של חלבונים, להציע מסלולים אבולוציונים בין מתחמים, לאפשר תכנון מושכל של חלבונים ולהתאימם לצרכים השונים. כמו כן, הרשת תסייע לשימוש בהנדסת חלבונים, שבה נעשה שימוש בתחומים רבים כגון סינתזה של תרופות, אנזימים שמרככים בשר לאכילה, ומוצרי צריכה כמו אבקת כביסה.

     

    בתמונה: רשתות דמיון בין מתחמים מבניים. קשתות מחברות צמתים המייצגים מתחמים דומים כגון השניים שבמרכז, המכילים מוטיב משותף המסומן בתכלת (תודות לורדה וקסלר מיחידת המולטימדיה של הפקולטה למדעי החיים).

    אוניברסיטת תל-אביב, רחוב חיים לבנון 30, 6997801.
    UI/UX Basch_Interactive