“蛋白质是细胞的工作人员，了解它们的形状很重要，”达纳-法伯生物中心数据科学系主任Chris Sander博士说。Sander和他的同事现在已经演示了一种强大的“实验进化”方法来发现蛋白质形状和功能的细节，这种方法可能会在非常广泛的生物医学研究中得到应用。

 

“这是分子进化生物学的一个基本发现，恒达登录网址多少有可能应用于癌症，”哈佛医学院(Harvard Medical School)细胞生物学教授桑德(Sander)说。

 

在其潜在的应用中，“3Dseq”技术可能有助于确定癌症相关蛋白的三维结构，这些蛋白尚未被其他方法识别。这项新技术也可能有助于理解癌基因和抑癌基因在癌症中是如何进化的，以及准确地找出这些基因中的哪些突变导致了疾病的进展。

 

几十年来，分子生物学家已经知道，蛋白质在细胞中的功能依赖于其适当的形状，这是由其组成氨基酸的顺序决定的。然而，确定蛋白质的三维结构需要复杂的实验技术。

 

2011年，桑德与哈佛大学副教授黛博拉·马克斯(Debora Marks)和其他同事合作，在利用基于进化的数学方法预测蛋白质结构的挑战上迈出了一大步。“自然进化”方法首先分析特定蛋白质的基因序列在数百万年里是如何变化的。为了做到这一点，研究小组检查了蛋白质在进化过程中的序列——从古老的物种如细菌到最近进化的物种如老鼠和人类。

 

早期研究的关键洞见来自于该团队使用计算方法，通过观察氨基酸在进化过程中的同步变化，来确定蛋白质中的哪些氨基酸相互作用。“我们观察的是共变的东西，如果一个东西在序列中改变，另一个就会改变，”桑德说。“这就像螺母和螺栓——如果你改变一个部分，你必须改变另一个部分，使它仍然适合。”他和他的同事们想出了一个基本的数学技巧，可以发现氨基酸的变化对蛋白质结构产生直接影响，提供关键信息，这些信息可以输入到现有的算法中，从分子物理学到计算结构。

 

然而，并不是所有的蛋白质都能用自然进化中发现的序列来研究。Sander集团的最新创新是把进化带到实验室的培养皿中，在那里，这个过程可以被严格控制，需要几周时间，而不是数百万年。

 

达纳-法伯研究中心的科学家迈克尔·斯蒂勒和弗兰克·普尔威克是该项目新论文的共同作者，尼古拉斯·高捷是该项目的共同高级作者，这是确定蛋白质结构的实验性进化方法的首次大规模演示。

 

科学家们从大肠杆菌的一种酶的基因入手，恒达登录恒达娱樂这种酶能使细菌对一种普通抗生素产生抗药性。首先，他们制造了数百万份原始基因的拷贝，这些基因的突变散布在不同的位置，然后把这些突变的基因放入数百万个细菌中。然后，他们将一种抗生素放入装有细菌的实验室培养皿中，并收获了存活下来的细菌。这些存活下来的细菌有功能抗菌素抗性基因，但仍然含有选定的突变。这个艰苦的过程重复了许多次，以模拟进化过程，类似于自然进化。“在数千万种蛋白质中，我们最终得到了几十万种真正有效的蛋白质，”桑德说。