Representación de la estructura de siete tiorredoxinas resucitadas en el trabajo y de E. coli y tiorredoxina humana. / Alvaro Ingles-Prieto et al.

Las proteínas modernas exhiben un impresionante grado de diversidad estructural, ampliamente caracterizado, pero del que se sabe muy poco acerca de cómo y cuándo surgieron sus estructuras 3D.

Un estudio, publicado en la revista Structure y liderado por investigadores españoles, ha logrado resucitar mediante bioinformática estructuras de proteínas fósiles de 4 mil millones de años, partiendo de secuencias de las proteínas actuales, ya que en una escala de tiempo de esa magnitud no hay posibilidad de encontrar fósiles de proteínas de ácido nucleico.

“La cuestión fundamental es que hemos utilizado esta técnica para reconstruir una estimación estadística razonable de proteínas que existían hace cuatro mil millones de años. La mayoría de la gente pensaría que este sistema no va a funcionar, que al reconstruir la secuencia y obtenerla luego en el laboratorio no van a plegar, ser estables o activas, pero sí lo son”, declara a SINC Jose M. Sanchez-Ruiz coautor del estudio que publica la revista Structure e investigador de la Universidad de Granada.

Este método pone de manifiesto que existe un alto grado de similitud estructural entre las proteínas actuales y aquellas a partir de las cuales la vida evolucionó por primera vez en este planeta. Asimismo, el estudio representa un enfoque robusto y novedoso para estudiar la evolución de las estructuras de las proteínas.

«Hasta ahora, los intentos de entender la evolución estructural de la proteínas se basaban en comparar entre sí las estructuras de las proteínas modernas. Esto equivale a tratar de comprender la evolución de las aves a través solo de comparar varios pájaros vivos. Nuestro enfoque es lo que más se aproxima a lo que resultaría de excavar esas estructuras de proteínas fósiles», añade Sánchez-Ruiz.

Relaciones evolutivas de la proteínas

Sánchez-Ruiz y su equipo construyeron un árbol filogenético de las secuencias de proteínas mediante el análisis de las de los aminoácidos de 200 proteínas tiorredoxinas, que actúan como antioxidantes y se encuentran en todos los organismos, incluidos bacterias, arqueas y eucariotas.

Mediante este árbol filogenético, fueron capaces de resucitar proteínas del  Precámbrico en el laboratorio y caracterizar sus particularidades.

“Este árbol se parece bastante al árbol de la vida, ya que recoge proteínas de diferentes organismos”, apunta el experto.

Al analizarlas encontraron que las estructuras de las proteínas tiorredoxinas actuales son muy similares a las que existían cerca del origen de la vida, a pesar de que sus secuencias de aminoácidos son muy diferentes.

Este hallazgo apoya un modelo de equilibrio puntuado de la evolución en el que las estructuras de proteínas se mantienen constantes durante períodos de tiempo largos, con nuevos cambios que se producen intermitentemente en períodos cortos.

«Además de descubrir los principios básicos de la evolución de la estructura de proteínas, nuestro enfoque proporcionará información muy valiosa acerca de cómo la estructura 3D de una proteína está codificada por la secuencia de aminoácidos. También podría proporcionar información sobre cómo diseñar proteínas con nuevas estructuras, un objetivo importante en la ingeniería de proteínas y la biotecnología”, subraya Sánchez-Ruiz.