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Caminhos biossintéticos de produtos naturais geram moléculas de enorme complexidade estrutural e atividades biológicas perfeitamente ajustadas. Estudos sobre produtos naturais levaram à descoberta de muitos agentes farmacêuticos, particularmente antibióticos. As tentativas de aproveitar a destreza catalítica de sistemas enzimáticos biossintéticos, tanto para descoberta quanto para engenharia de compostos, foram limitadas por uma compreensão deficiente da evolução dos grupos gênicos subjacentes. Desenvolvemos uma abordagem para estudar a evolução de genes biossintéticos em uma escala de grupo, integrando informações de coevolução gênica par-a-par com análises filogenéticas em larga escala. Usamos esse método para inferir a evolução de grupos gênicos de poliquetídeos do tipo II, rastreando o caminho da evolução do único ancestral até os grupos gênicos que sobrevivem hoje. Identificamos 10 tipos-chave de genes nesses grupos, a maioria dos quais foi trocada de processos celulares existentes e subsequentemente especializada. O grupo gênico ancestral de poliquetídeos do tipo II provavelmente compreendia um conjunto central de cinco genes, uma lista que se expandiu e contraiu ao longo da evolução. Um ancestral C24 diversificou-se em classes principais de sistemas de cadeias mais longas e mais curtas, dos quais um ancestral C20 deu origem à maioria dos antibióticos caracterizados de poliquetídeos do tipo II. Nossas descobertas revelam que (i) a estrutura do poliquetídeo do tipo II é previsível a partir de sua lista gênica, (ii) apenas certas combinações de genes são compatíveis, e (iii) as trocas de genes provavelmente foram a chave para a evolução da diversidade química. As lições aprendidas sobre como a seleção natural conduz a inovação química em poliquetídeos podem ser aplicadas ao design racional e à descoberta guiada de produtos químicos com estruturas e propriedades desejadas.
Hillenmeyer et al. (Sexta,) estudaram essa questão.