Gamle proteiner er det nye videnskabelige sort

Miljø og bæredygtighed 2. aug 2019 3 min Professor Matthew James Collins Skrevet af Morten Busch

Fortiden gemmer ikke bare på svar om vores historie. Viden om menneskets udvikling kan også give vigtige svar i den nuværende kamp mod udvikling af sygdomme. Brugen af forhistorisk DNA har de sidste 30 år revolutioneret evolutionsforskning og arkæologi. Desværre er det gamle DNA ikke alle steder velbevaret. Et nyt studie af dovendyrenes udvikling har fundet vej til et af verdens største tidsskrifter – næppe på grund af dovendyrene men nærmere fordi dens analyse af forhistoriske proteiner vil revolutionere videnskaben.

Interesseret i Miljø og bæredygtighed? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

Op til en faktor 10: Så meget længere tilbage i tiden kan man komme med en ny teknologi. Proteiner overlever nemlig meget længere end DNA. Derfor er chancen for at finde intakt proteiner langt højere end for DNA i forhistoriske udgravninger. Med de store tekniske fremskridt indenfor massespektrometri kan forskerne nu finde sekvenser fra proteiner som er millioner af år gammel, og det har allerede løst forhistoriske mysterier.

”Vores seneste studie af dovendyrets tidlige evolution viser potentialet i den nye teknologi. Mens biologer kan bruge årtier på at vurdere slægtsskab ud fra knoglers størrelse, struktur og form, så kan vi ud fra ganske få protein-prøver fastslå slægtsskabet på timer eller dage. Og vi fandt ovenikøbet, at de morfologiske konklusioner var forkerte. Så teknologien åbner op for at løse gåder som vi end ikke har kunnet finde svar på via DNA-teknologien,” forklarer en medforfattere, Matthew Collins, Danish National Research Foundation Niels Bohr Professor, Evogenomics Group, Globe Institute, Københavns Universitet og McDonald Chair, Institute of Archaeological Research, University of Cambridge, Storbritannien.

Kraftfuld metode

I dag findes er der kun to tilbageværende medlemmer af dovendyrs underorden Folivora, men dengang i den kænozoisk tidsalder for 1.8 millioner år siden var dovendyrene et udbredt dyr i mange dele af den vestlige halvkugle. Imidlertid levede mange af dyrene i fugtige og varme områder, hvilke gjorde at deres DNA ikke har overlevet. Derfor har det hidtil været umuligt med de tilgængelige metoder at afdække slægtskabet mellem de forskellige arter.

”Det lykkedes at få i alt 120 prøver fra 24 arter. Af dem fandt vi tilstrækkeligt med protein i cirka hver tredje. Vi bestemte så sekvensen af det samme protein, kollagen, med massespektrometri. Derefter kunne vi bruge sekvenserne til at finde ud af, hvordan dovendyrene var i familie med hinanden.”

Og her fik forskerne altså lidt af en overraskelse. De nulevende dovendyr-slægte Choloepus og Bradypus viste sig nemlig at stamme fra to forskellige familier af underordenen Folivora: Choloepus fra familien Mylodontidae og Bradypus fra familien Megatheriidae.

”Tidligere morfologiske studier tydede på et tættere slægtsskab mellem Choloepus og Bradypus. Med den nye metode kan vi altså give et mere præcist billede end fra morfologiske studier alene. Proteinsekvenserne giver ikke så mange informationer som DNA og er mere sårbar overfor homologi. På en måde er det lige som at udgrave blød væv-elementer som giver ny evidens.”

Evolution afbøder for katastrofale følger

Selvom den nye proteinanalyse-metode åbner for mange nye anvendelser, er den allerstærkest i samspil med DNA-analyser. Mens intakt proteiner kan findes flere steder og længere tilbage i tid og bestemmes med proteinanalysemetoder, så giver DNA-analyserne til gengæld mere information.

”DNA-analyse indeholder både sekvenser, der koder for proteiner, og sekvenser, der aldrig oversættes til proteiner. Der kan også godt ske ændringer i DNA-koden, uden at det fører til ændringer i det protein, DNA’er koder for. Det skyldes, at flere forskellige trebogstav-kombinationer i DNA-koden – codonerne – bliver oversat til den samme aminosyre i det endelig protein.”

Fx bliver codonerne GGT, GGC, GGA og GGG alle sammen oversat til aminosyren glycin. Så selv om DNA-koden ændres, fører det altså ikke nødvendigvis til at proteinet ændres.

”Samtidig har evolutionen en tendens til at afbøde for nogle af de ændringer, der opstår i DNA’et via naturlige evolutionære ændringer, ofte fordi de ændringer i de tilsvarende proteiner ville have katastrofale følger for organismen.”

Enormt potentiale

På den måde ændres proteiner altså langt mindre end DNA. Tilsvarende rummer forhistorisk proteiner langt mindre information end forhistorisk DNA.

”Tilsammen vil protein- og DNA-teknikker til gengæld supplere hinanden rigtig godt. Mens DNA-teknikken er meget præcis, så kan vi finde proteiner langt flere steder, hvilket giver en større dybde i analyserne.”

Samtidig har proteinanalyserne ifølge Matthew Collins et langt større udviklingspotentiale for ny analyser i arkæologi og kulturhistorisk forskning end det mere modent DNA-teknologi fordi de fleste genstande fremstillet af biologiske materialer har proteiner.

”Hvor stort potentialet er vi først ved at indse nu i takt med, at vi finder ud af, hvor langt tilbage i tiden proteiner har overlevet, hvor vi finder dem og ikke mindst hvor meget information vi kan få ud af dem. Derudover er det jo ikke kun vores forhistorie vi kan undersøge. Den viden kan også bruges i vores nutid, når vi eksempelvis undersøger aldring.”

Artiklen ”Palaeoproteomics resolves sloth relationships” er udgivet i Nature Ecology & Evolution. Medforfatter Jesper Velgaard Olsen er Deputy Center Director og professor på Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, Københavns Universitet.

I conduct research on the persistence of proteins in ancient samples, using modelling to explore the racemization of amino acids and thermal history t...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020