自然界初のフラクタル分子を発見(Discovery of the first fractal molecule in nature)

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2024-04-10 マックス・プランク研究所

自然界で初めて規則的な分子フラクタルが発見されました。マックス・プランク研究所とフィリップス大学のグループが、シアノバクテリアのクエン酸合成酵素からSierpiński三角形と呼ばれる規則的なフラクタルパターンを発見しました。この発見は偶然によるものであり、その構造や進化についての詳細な理解を提供し、進化の驚くべき側面を示唆しています。

<関連情報>

代謝酵素の進化におけるフラクタル幾何学の出現 Emergence of fractal geometries in the evolution of a metabolic enzyme

Franziska L. Sendker,Yat Kei Lo,Thomas Heimerl,Stefan Bohn,Louise J. Persson,Christopher-Nils Mais,Wiktoria Sadowska,Nicole Paczia,Eva Nußbaum,María del Carmen Sánchez Olmos,Karl Forchhammer,Daniel Schindler,Tobias J. Erb,Justin L. P. Benesch,Erik G. Marklund,Gert Bange,Jan M. Schuller & Georg K. A. Hochberg
Nature   Published:10 April 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07287-2

自然界初のフラクタル分子を発見(Discovery of the first fractal molecule in nature)

Abstract

Fractals are patterns that are self-similar across multiple length-scales1. Macroscopic fractals are common in nature2,3,4; however, so far, molecular assembly into fractals is restricted to synthetic systems5,6,7,8,9,10,11,12. Here we report the discovery of a natural protein, citrate synthase from the cyanobacterium Synechococcus elongatus, which self-assembles into Sierpiński triangles. Using cryo-electron microscopy, we reveal how the fractal assembles from a hexameric building block. Although different stimuli modulate the formation of fractal complexes and these complexes can regulate the enzymatic activity of citrate synthase in vitro, the fractal may not serve a physiological function in vivo. We use ancestral sequence reconstruction to retrace how the citrate synthase fractal evolved from non-fractal precursors, and the results suggest it may have emerged as a harmless evolutionary accident. Our findings expand the space of possible protein complexes and demonstrate that intricate and regulatable assemblies can evolve in a single substitution.

生物工学一般
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