Un grupo internacional de investigadores descubrió recientemente el primer fractal molecular regular natural.
Los fractales, estructuras donde cada subparte reproduce la forma general, están presentes en la naturaleza, como en los copos de nieve o las hojas de helecho. Sin embargo, hasta ahora nunca se habían observado fractales moleculares regulares, donde esta autosimilitud se mantiene en todas las escalas.
Investigadores de los Institutos Max Planck y eluniversidad Philipps en Marburg descubrió un enzima microbiana, la citrato sintasa de una cianobacteria, que se ensambla espontáneamente en un fractal regular llamado triángulo por Sierpiński. Este patrón es una serie de triángulos que se repiten.infinidad, con triángulos cada vez más pequeños. La enzima forma triángulos geométricos únicos cuando se ensambla, un fenómeno observado incidentalmente mediante microscopía electrónica. Este descubrimiento sorprendió a los investigadores por su rareza y su complejidad inesperado.
Para comprender cómo se formó esta estructura excepcional, el equipo colaboró con un biólogo deluniversidad de marburgo para determinar la estructura molecular del conjunto. Su estudio reveló que esta formación fractal resulta de una violación de la simetría habitual en ensamblajes de proteínas. Por lo general, las interacciones entre proteínas son simétricas, lo que da lugar a estructuras que se vuelven uniformes en todas partes. Gran escala.
a – Representación esquemática de las condiciones necesarias para producir un fractal de Sierpiński a partir de bloques hexaméricos y las restricciones basadas en la simetría en el ensamblaje oligomérico. Los puntos verde y azul representan interfaces activas o abiertas, respectivamente.
b – Mapas de densidad Cryo-EM de los triángulos de Sierpiński de los niveles cerouno y dos.
El papel de esta estructura fractal sigue siendo incierto. Cuando el equipo modificó genéticamente las bacterias para evitar el ensamblaje fractal de la citrato sintasa, las células continuaron creciendo normalmente. Esto sugiere que la existencia de esta estructura podría ser un accidente evolutivo sin consecuencias significativas para las bacterias.
Para explorar esta hipótesis, los investigadores recrearon el desarrollo evolutivo de esta estructura proteica en el laboratorio. Utilizaron métodos estadísticos para rastrear la secuencia de proteínas de la enzima tal como se veía hace millones de años. Los resultados muestran que esta disposición fractal apareció repentinamente después de una pequeña nombre de mutaciones y desapareció rápidamente en varios linajes de cianobacterias, persistiendo sólo en este especies específico.
Este descubrimiento destaca que estructuras biológicas complejas y aparentemente sin función pueden surgir y persistir en la naturaleza.