Raziskovalna skupina z Univerze v Chicagu je ovrednotila vpliv mutacij v evolucijski zgodovini živalskega steroidnega receptorja. Pokazali so, da je vpliv posamezne mutacije na delovanje receptorja izredno težko napovedljiv zaradi epistatskih interakcij, kar ima pomembne implikacije za naše razumevanje evolucije. 

Moderna teorija evolucije predpostavlja postopno spreminjanje organizmov zaradi mutacij v genomu, ki privedejo do povečane ali zmanjšane reproduktivne uspešnosti organizma. Spreminjanje reproduktivne uspešnosti se zgodi zlasti zaradi vloge mutacij pri določanju aminokislinskega zaporedja in posledično zgradbe proteinov, ki uravnavajo številne celične procese. Ker je delovanje proteinov v veliki meri odvisno od njihove zgradbe, mutacije v proteinu posredno vplivajo na njegovo delovanje – s spreminjanjem zgradbe. Odkrivanje odnosa med zgradbo proteina in njegovim delovanjem je vse prej kot enostavno, znanstveniki in znanstvenice pa šele dobro spoznavajo naravo vpliva aminokislinskega zaporedja proteinov na njihovo delovanje. 

Razumevanje odnosa med zgradbo in delovanjem proteina je še bolj zapleteno zaradi tako imenovanih epistatskih interakcij. Zaradi njih se vpliv mutacije na delovanje pokaže le, če so določene mutacije prisotne v drugem delu gena za isti protein. Epistatske interakcije so posledica že omenjene tesne povezave med aminokislinskim zaporedjem proteina in njegovo zgradbo. Četudi pri razumevanju razvoja proteinov upoštevamo epistatske interakcije, je ocena njihovega resničnega obsega in vpliva mnogo manj poznana.   

Raziskovalna skupina se je lotila vrednotenja vpliva epistatskih interakcij na delovanje živalskega steroidnega receptorja v različnih trenutkih njegove evolucijske zgodovine. Raziskovalci in raziskovalke so na podlagi današnjih DNK-zaporedij izdelali teoretična zaporedja prednikov današnjih steroidnih receptorjev, ki so se prvič pojavili v evolucijski zgodovini pred približno 700 milijoni let. Nato so v teoretična zaporedja vnesli množico mutacij ter vrednotili vpliv teh na delovanje proteina. 

Avtorji in avtorice raziskave so pokazali, da je vpliv mutacij na delovanje proteina zelo odvisen od drugih spremljajočih mutacij. Čeprav je bil epistatski vpliv posamezne mutacije majhen, je bil ta prisoten za večino mutacij, prav tako pa se je vpliv dosledno ohranjal med celotno evolucijsko zgodovino proteina. V praksi to pomeni, da vpliv določene mutacije na delovanje proteina ni stalen, ampak se postopoma spreminja s pojavom mutacij v drugih delih proteina. Vpliv mutacije je torej odvisen od konteksta, v katerem se ta pojavi, kontekst pa se stalno in postopoma spreminja zaradi naključnih mutacij. Mutacija, ki nima skoraj nobenega vpliva na delovanje proteina, tako lahko pridobi izredno pomembno vlogo, če se mutacije pojavijo v drugih predelih in obratno. 

Po mnenju avtorjev in avtoric raziskave je naravo epistatskih interakcij v proteinu z znanim zaporedjem možno določiti za znan evolucijski trenutek. Vendar ker se mutacije v genomu pojavljajo naključno, je izredno težko napovedati, kakšen bo teren možnih epistatskih interakcij v prihodnosti. Avtorji in avtorice zato opozarjajo, da se vsak nadaljnji korak evolucije proteina lahko napove le z določeno verjetnostjo, z vsakim korakom pa se verjetnost napovedi manjša do praktične nepredvidljivosti. 

Odkritje ima tako pomembne implikacije za razumevanje delovanja evolucije. Prvič, zaradi epistatskih interakcij je izredno težko določiti, kakšen vpliv je imela mutacija prvotno, ob svojem nastanku. In drugič, težko je napovedati potek evolucije proteinov ter posledično tudi organizmov v prihodnosti. 

V negotovo prihodnost se ozira Arne.

Raziskava: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6895