生物通报道：从细菌到人，分子水平的进化最终表现为整个物种的进化。日前，Iowa大学的研究人员在Journal of Biological Chemistry杂志上发表文章，对不同类型的二氢叶酸还原酶（dihydrofolate reductase）进行研究，展示了这种酶的进化历程。

Iowa大学的化学教授Amnon Kohen领导研究团队，通过生物信息学、计算机运算、人工诱变、和动力学检测，将酶的进化与蛋白动力学和催化作用联系起来。这项研究为人们描述了，源自于普通E. coli的酶是如何经历数百万年进化，最终为人体服务的。

“酶是每个活细胞中的关键组分，生命中几乎所有的化学反应都依赖酶来催化完成。而我们研究了酶在分子水平上发生的进化，”Kohen说。“这项研究尝试在分子水平上，理解从细菌到人的生物进化。”

“我们选择的是‘看家’酶，这类酶出现在几乎所有生物中，对于生命过程至关重要。二氢叶酸还原酶参与了DNA的生物合成以及细胞的复制，”他说。

为了将二氢叶酸还原酶的细菌版与人类版联系起来，研究人员比较了多种生物的二氢叶酸还原酶序列，并在此基础上对细菌版的酶进行修饰，使其拥有了人类版的氨基酸序列。

“研究显示，虽然在二氢叶酸还原酶的催化级联中，许多步骤都因进化而改变，但其催化的实际化学反应却始终保守。这就是说，即使在细菌中，酶的活性位点也已经有了固定的反应物，进化并没有使之发生改变。这令我们感到惊讶，因为人类的二氢叶酸还原酶要快得多，从遗传学上看也与细菌的大不一样，”他说。

研究人员指出，在进化压力下，酶的重要特性得以保留，其他特性不断优化。而这项研究显示，对于二氢叶酸还原酶来说，蛋白动力学就是需要保留的重要特性。这一发现可以帮助人们，更好的设计靶标酶的药物，或者开发仿生学催化剂。

“我们从基础的E. coli开始，通过生物信息学，追踪了一个酶的进化轨迹，”他说。