明斯特大学 蛋白质的弹性区域:不太弹性(蓝色)、适度弹性(绿色/黄色)和高度弹性(红色)
然而，与其他蛋白质相比，中心α螺旋和氮末端(蛋白质的起点)显示出稳定的折叠 蛋白质是所有现代生命形式的关键组成部分
例如，血红蛋白输送我们血液中的氧气；植物叶片中的光合作用蛋白质将阳光转化为能量；真菌酶帮助我们酿造啤酒和烤面包
研究人员长期以来一直在研究蛋白质如何在数千年的过程中变异或产生的问题
这种全新的蛋白质——以及随之而来的新特性——几乎可以凭空出现，这在几十年来都是不可思议的，这与希腊哲学家巴门尼德所说的“无中生有”是一致的
与来自美国的同事一起工作
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和澳大利亚，德国明斯特大学的研究人员现在已经重建了进化是如何形成苍蝇体内新出现的蛋白质的结构和功能的
这种蛋白质对男性生育能力至关重要
研究结果发表在《自然通讯》杂志上
到目前为止，人们一直认为新的蛋白质是从已经存在的蛋白质中产生的——通过复制潜在的基因和一个或两个基因拷贝中的一系列小的突变
然而，在过去的十年里，对蛋白质进化有了新的理解:蛋白质也可以从所谓的非编码DNA(脱氧核糖核酸)发展而来——换句话说，从正常情况下不产生蛋白质的那部分遗传物质发展而来——并随后发展成为功能性细胞成分
这是令人惊讶的，有几个原因:多年来，人们一直认为，为了发挥功能，蛋白质必须具有高度发达的几何形状(3D结构)
人们进一步假设，这种形式不能从随机出现的基因发展而来，而是需要氨基酸的复杂组合才能使这种蛋白质以其功能形式存在
尽管经过几十年的努力，世界各地的研究人员还没有成功地构建出具有所需3D结构和功能的蛋白质，这意味着功能蛋白质形成的“密码”本质上是未知的
虽然这项任务对科学家来说仍然是个谜，但事实证明，大自然更擅长新蛋白质的形成
以教授为首的一组研究人员
明斯特大学进化与生物多样性研究所的埃里希·博格-鲍尔通过比较众多生物新分析的基因组发现，物种不仅因进化过程中适应的重复蛋白质编码基因而不同
此外，蛋白质不断地从头(重新)形成——我
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没有任何相关的前体蛋白经历选择过程
果蝇(此处显示为交配)作为研究模型
信用:马雷克·科平 这些新生蛋白质中的绝大多数是无用的，甚至是轻微有害的，因为它们会干扰细胞中现有的蛋白质
这种新蛋白质在几代后很快又会丢失，因为携带编码这种蛋白质的新基因的生物已经损害了生存或繁殖
然而，一些精选的从头蛋白质被证明具有有益的功能
这些蛋白质整合到细胞的分子成分中，经过数百万年的微小修饰，最终变得不可或缺
在这种情况下，有一些重要的问题让许多研究者感到疑惑:这种新的蛋白质在出生时是什么样子的？他们是如何改变的，作为“新来的孩子”，他们承担了哪些职能？由教授带头
波恩伯格-鲍尔在明斯特的团队，一个国际研究小组已经为戈达德详细回答了这个问题，戈达德是一种果蝇蛋白质，对男性生育能力至关重要
这项研究在横跨三大洲的三个相关领域进行
在美国马萨诸塞州的圣十字架学院
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博士
普拉哈尔·帕特尔和教授
杰夫·芬德利用CRISPR/Cas9基因组编辑证明不产生戈达德的雄蝇是不育的，但在其他方面是健康的
同时，博士
安德烈亚斯·兰格和
D
布伦南·希姆斯教授的学生
博格-鲍尔的团队使用生物化学技术来预测当今苍蝇体内这种新蛋白质的形状
然后，他们使用进化方法重建了戈达德大约5000万年前蛋白质首次出现时的可能结构
他们的发现相当令人惊讶:“祖先的戈达德蛋白质看起来已经非常像今天苍蝇物种中存在的蛋白质，”埃里希·博格-鲍尔解释说
“从一开始，戈达德就包含一些结构元素，即所谓的α螺旋，这被认为是大多数蛋白质所必需的
为了证实这些发现，现场转移到堪培拉的澳大利亚国立大学
亚当·达姆里和教授
科林·杰克逊使用密集的计算机模拟来验证戈达德蛋白质的预测形状
他们验证了博士的结构分析
兰格的研究表明，尽管戈达德年龄很小，但它已经相当稳定了——尽管不如大多数被认为存在更长时间(可能是数亿年)的苍蝇蛋白质稳定
这一结果与目前的其他几项研究相吻合，这些研究表明，产生蛋白质编码基因的基因组元件经常被激活——每个个体被激活数万次
然后这些片段通过进化选择的过程被分类
那些无用或有害的——绝大多数——很快就被丢弃了
但是那些中性的，或者稍微有益的，可以经过数百万年的优化，变成有用的东西
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