Få utskriftsvennlig versjon ved å trykke på denne

Doktorgrad på DNA og evolusjon

Ved å sammenligne DNA sekvenser fra forskjellige arter kan vi følge utviklingen og dermed evolusjonen av disse artene. Mathias Bockwoldt har tatt doktorgrad på DNA og proteinsekvenser for å undersøke evolusjon av biologiske systemer.


Ellen Kathrine Bludd 16.10.2018 12:35   (Sist oppdatert: 17.10.2018 14:11)

Mathias Bockwoldt Foto: Rudi Caeyers

Den 12.10.2018 forsvarte Mathias Bockwoldt sin avhandling, med tittelen «Sequence-Based Analysis of Eukaryotic Protein Evolution», for å oppnå graden philosophiae doctor i bioteknologi. 

Avhandlingen omhandler proteinevolusjon, og målet med prosjektet var å forstå evolusjonære mønstre i tre forskjellige biologiske systemer.

Nye arter

Alle kjente organismer bruker DNA som genetisk informasjon og forandringer (mutasjoner) i DNA kan, etter mange generasjoner, lede til dannelsen av nye arter. Forskerne benyttet DNA og proteinsekvenser for å undersøke evolusjon av biologiske systemer. Blant annet utforsket de rollen av seleksjonstrykk for uordnete proteinavsnitt. 

Mathias Bockwoldt ble født i Tyskland i 1986 og har en Master of Science i biokjemi og molekylærbiologi fra Universitetet i Kiel. Han har vært stipendiat ved Institutt for arktisk og marin biologi, og er interessert i kombinasjonen av biologi og informatikk, spesielt i evolusjonære prosesser.

Nye mutasjoner 

For å få erfaring med et bredt spektrum av metoder, inkluderte Bockwoldt tre ulike prosjekter i avhandlingen. Det første prosjektet dreide seg om seleksjonstrykk på nye mutasjoner i proteinregioner uten definert struktur.

- Det finnes tre forskjellige typer seleksjonstrykk, positivt, nøytralt og negativt, sier Mathias Bockwoldt.

Han forteller at ved bruk av statistiske metoder kunne de påvise at disse uordnede regionene er under sterkt positivt og mindre negativt seleksjonstrykk.

Viktig for fotosyntese

I det andre prosjektet sammenlignet de de fire transport proteinene for fosfatsukkermolekyler i planteplastider. Disse transporterne er viktig blant annet for fotosyntese.

- Ved å sammenligne sekvensene til disse fire transportproteinene i alle sekvenserte planter og alger kunne vi identifisere en ny undergruppe, forteller Bockwoldt.

Mathias Bockwoldt med veiledere og bedømmelseskomité. Foto: Rudi Caeyers

Matematiske modeller og eksperimenter

- I det tredje prosjektet undersøkte vi den fylogenetiske fordelingen av enzymer som regenererer den viktige metabolitten NAD fra vitamin B3, sier Bockwoldt.

Han sier at de så en stor forskjell mellom Deuterostomia og eldre organismer i selve fordelingen.

- Ved hjelp av matematiske modeller og eksperimenter med cellekultur kunne vi forklare forskjellen, forteller han.

I alle tre prosjekter brukte forskerne uvanlig mange sekvenser for å få et godt innsyn i evolusjonære prosesser.

Veiledere:

  • Professor Ines Heiland, AMB
  • Professor Thomas Rattei, Universitetet i Wien, Østerrike
  • Dr. Toni I. Gossmann, University of Sheffield, Storbritannia

 

Bedømmelseskomité:

  • Dr. Alexander Schug, Karlsruhe Institute of Technology, Tyskland (1. opponent)
  • Dr. Lars Martin Jakt, Nord Universitet, Bodø (2. opponent)
  • Professor Kirsten Krause, AMB (internt medlem og leder av komiteen)

English Summary

The goal of the PhD thesis was to comprehend evolutionary patterns in different contexts. To get a broad spectrum of methods, three projects were included.

In the first project, the researchers looked into the fate of new mutations in protein regions that do not have a defined three-dimensional structure. Generally, the fate of a new mutation is governed by selection that can be either purifying, neutral, or positive. They could show that disordered protein regions tend to be under more positive and less purifying selection.

For the second project, Mathias Bockwoldt and his team looked at four different transporter proteins that are localised in the inner plastid membrane. Plastids are organelles that are found in plants and some closely related species. The best-known type of plastids is the chloroplast, where photosynthesis takes place. The four transporter proteins shuttle phosphorylated carbon compounds across the inner membrane to allow an exchange of the products of photosynthesis and other metabolic processes to be shared between the plastids and the host cell. In this work, comparing the sequences of those transporters from various plants and algae, the researchers could identify a new subgroup of transporters.

In the third project, Bockwoldt and his team tried to understand the distribution of enzymes that regenerate the ubiquitous metabolite NAD from its breakdown product nicotinamide. There are two pathways that synthesise NAD from nicotinamide. Additionally, nicotinamide can be methylated and subsequently excreted. They found two predominant patterns in the distribution of these pathways in eukaryotes and could explain them with mathematical models and cell culture experiments.

All three projects included sequences from extraordinarily many species. The comprehensive analyses gave insight into the evolution of the respective proteins and pathways and highlight the possibilities of phylogenetic analyses.