17. juni 2020

Jordens arter har mere til fælles, end man troede

Proteiner

Et internationalt hold af forskere har i den største kortlægning af proteiner nogensinde på tværs af arter analyseret og sammenlignet proteinerne i 100 dyre-, plante- og bakteriearter. Det viser sig, at forskellige slags liv har slående ligheder, når man kigger på deres proteiner. I det nye studie fordobler forskerne også antallet proteiner, hvis eksistens er bevist eksperimentelt.

Bi i en blomst

På Jorden findes der et væld af forskellige livsformer. Alt fra velkendte dyr og planter til små, mere hårdføre eksistenser som arkæer, virusser og bakterier. Disse livsformer er grundlæggende forskellige helt ned på celleniveau. Eller det troede forskerne i hvert fald.

Nu har et internationalt hold af forskere analyseret samtlige proteiner i 100 forskellige arter, der tæller alt fra bakterier og arkæer til planter og mennesker. Det er den største kortlægning af proteiner nogensinde på tværs af arter.

De har fundet frem til, at livsformerne alligevel har nogle fællestræk. Studiet er et samarbejde mellem forskere fra professor Matthias Manns forskningsgrupper på Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research og Max Planck Institute of Biochemistry. Det er udgivet i det videnskabelige tidsskrift Nature.

”Vi har kortlagt samtlige proteiner, der tilsammen hedder proteomet, i 100 forskellige arter. Og det er tydeligt, at de er helt ekstremt forskellige. Men samtidig har de mere til fælles, end vi troede. I alle livsformerne fokuserer en stor andel af proteinerne på energiomsætning og på at opretholde protein-balance,” siger Matthias Mann.

49 bakteriearter, 19 arkæarter og 32 eukaryot-arter

Antallet af arter for hver type af organisme, som forskerne undersøgte i det nye studie.

Fordobling af beviste proteiner

Tidligere har forskere været meget optaget af forskellige organismers DNA. Eksempelvis hvor meget genetisk arvemateriale mennesker deler med forskellige dyr. Men i takt med at teknologien er blevet bedre til at undersøge organismer helt ned på molekylært niveau, er mange forskere også blevet optaget af proteinerne. Det er nemlig dem, der udfører genernes ordrer som en slags arbejdsheste i cellen.

”Alle livsformerne har det til fælles, at en stor andel af deres proteiner bruges til at opretholde en slags ligevægt, som vi kalder homeostase. De har også til fælles, at en stor andel af proteinerne hjælper med at generere energi. Selvom måden det foregår på kan være alt fra fotosyntese til almindelig kulhydratforbrænding,” forklarer Alberto Santos Delgado, postdoc på Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research.

Forskerne har brugt den avancerede teknologi massespektrometri til at undersøge samtlige proteiner i de 100 arter. Ved hjælp af denne teknologi er det lykkedes forskerne at fordoble antallet af proteiner, hvis eksistens er bevist eksperimentelt.

Antallet af proteiner der udgør 90 procent af den samlede proteinmængde

FORSKELLIGHED: I det nye studie har forskerne beregnet antallet af proteiner, der tilsammen udgør 90 procent af alle proteinerne i hver slags organisme.

Tidligere forskning har forsøgt at forudse hvor mange og hvilke proteiner, der findes, udelukkende ud fra den genetiske kode og bioinformatiske beregninger. Men den nye proteinkortlægning giver faktisk dokumentation for et kæmpe antal nye proteiners eksistens.

Machine learning kan afsløre nye sammenhænge

”Vores arbejde med at koble data fra massespektrometri til forskellige databaser har ført til et datasæt med otte millioner datapunkter med 53 millioner forbindelser mellem dem. Vi lægger alt data frit tilgængeligt, så andre forskere kan bruge det til at opdage nye sammenhænge. Nye teknologier som machine learning er på vej frem, og vi forventer, at de kan få gavn af dette store, offentligt tilgængelige datasæt,” siger Johannes Mueller, ph.d.-studerende ved Max Planck Institute of Biochemistry.

Forskerne på Københavns Universitet har især bidraget til databehandlingen og den bioinformatiske analyse. I München har forskerne på Max Planck Institute of Biochemistry beskæftiget sig med massespektrometri.

På hjemmesiden Proteomes of Life vil forskerne dele alt data fra projektet.

Studiet blev støttet af Max Planck Society for the Advancement of Science, EU′s Horizon 2020-program og Novo Nordisk Fonden.

Læs hele studiet "The proteome landscape of the kingdoms of life" hos Nature.

Kontakt:

Matthias Mann
matthias.mann@cpr.ku.dk

Alberto Santos Delgado
alberto.santos@cpr.ku.dk
+4535330648

Johannes Mueller
jomueller@biochem.mpg.de

Mathias Traczyk
+45 53 56 58 35
mathias.traczyk@sund.ku.dk