蛋白質數據+基因序列精準構建進化樹

西班牙基因組調控研究中心的科學家們在最新一期《自然·通訊》上發表了一項創新研究，展示了如何利用蛋白質三維形狀，解開生命中古老的“歷史密碼”，揭示了生命之樹中最古老的進化關系。這項研究首次將蛋白質的形狀數據與基因序列數據結合，提高了進化樹的準確性。

蛋白質結構解決“飽和問題”（藝術概念圖）。圖片來源：《自然·通訊》

進化樹對于理解生物間的親緣關系、病原體傳播路徑、疫苗研發及新發疾病治療非常重要。傳統上，科學家通過比較DNA或蛋白質的線性序列來構建進化樹，但這種方法在處理非常古老的物種時，遇到了“飽和問題”。這是因為隨著時間推移，基因組序列變化很大，以至于原始的遺傳信息幾乎消失。這就如同古老文本因時間久遠而字跡模糊，難以辨認。

為了解決這個問題，團隊開始關注蛋白質的物理結構。因為這些結構比序列更穩定，能夠更長時間保留祖先的特征。即使氨基酸序列發生變化，只要保持了相同的三維折疊模式，蛋白質就能繼續發揮相同的功能。

此次團隊使用了一種名為“互距離分布”（IMD）的方法，測量了蛋白質內部氨基酸之間的距離，以此來評估結構的變化程度。他們發現，基于這種結構信息構建的進化樹，可以避免傳統方法遇到的飽和問題，并且能提供更加可靠的進化關系圖譜。

當把蛋白質結構和序列信息結合起來時，就像讓兩位目擊者從不同角度描述同一事件，這樣可以獲得更為完整、準確的結果。例如，在人類基因組中的激酶家族，它們參與了許多細胞活動，也是癌癥治療的重要靶點，通過這種方法可以更好地理解這些激酶之間的進化關系。

該技術的應用潛力十分巨大，不僅有助于人們改進癌癥治療方法，還可以加深對疾病演變的理解，從而促進醫療進步。