由Mario Mörl和Sonja Prohaska教授領導的研究小組專注於被稱為tRNA核苷酸轉移酶的酶，它們將CCA序列的三個核苷酸構件附著在細胞內的小RNA（轉移RNA）上。這些RNA隨後被用來為蛋白質的合成提供氨基酸。利用系統發育重建，該團隊重建了大約20億年前存在於細菌中的一種祖先酶的候選者，並將其與一種現代細菌酶進行比較。

他們發現這兩種酶的工作精度相似，但在反應上有明顯的區別。以前，科學家們無法理解為什麼現代酶經常中斷它們的活動，但這項研究表明，這種傾向實際上是一種進化優勢，這讓生物化學家困惑了幾十年。

祖先的酶是漸進式的，即它的工作沒有中斷，但每隔一段時間就會移除已經正確添加的核苷酸構建塊。這些結果表明，從酶的重建中可以了解到許多關於現代酶的進化和特性，許多問題只能通過生物信息學和生物化學之間的互動來解決–在計算機計算實驗室實驗之間來回穿梭。

這是一棵系統發育樹的樣子，其起源（中間）可以追溯到20億年前。樹枝的頂端分別代表一個現代生物體的酶。資料來源：Diana Smikalla

通過追踪關係進入過去

利用基因序列，也可以創建細菌的進化系統樹。從今天物種樹中廣泛的生物多樣性開始，單個基因的進化路徑可以沿著關係和分支進行重建，並艱難地追溯到一個共同的起源。

這種重建是一個三步走的過程。首先，在數據庫中搜索相應的現代酶，以便能夠檢查氨基酸構建塊的序列。然後得到的序列可以用來計算原始序列應該是什麼樣子的。然後將編碼舊酶的相應基因序列引入實驗室細菌，使其形成所需的蛋白質。然後可以對這種酶進行詳細研究，以確定其特性並與現代酶進行比較。

Sonja Prohaska回憶說：”當實驗室傳來消息，重建的酶可以進行CCA加成，而且甚至在比今天的酶更寬的溫度範圍內進行，這就是突破。”

進化的優化- 活動中的停頓提高了效率

與生物體一樣，酶也是通過進化進行優化的。一種酶所做的工作（催化作用）通常運行得越快、越好，它與底物的結合就越強。重建的祖先酶正是這樣做的，它緊緊抓住底物，即tRNA，並將三個CCA核苷酸一個接一個地附著在上面不鬆手。另一方面，現代的tRNA核苷酸轉移酶是分佈式的，也就是說，它們分階段工作，期間有停頓，反复釋放它們的底物。然而，它們比其祖先的前輩更有效率和速度。

這使研究人員感到困惑。為什麼現代酶會不斷釋放它們的底物呢？解釋在於反向反應的現象，在這個過程中，結合的核苷酸被酶再次移除。雖然祖先的酶與底物的強烈結合導致了隨後的移除，但現代酶的反向反應幾乎完全被放開底物所阻止。這使它們能夠比其前輩更有效地工作。

“我們現在終於能夠解釋為什麼現代tRNA核苷酸轉移酶儘管具有分佈性，但工作卻如此高效，”Mario Mörl說。”這一發現讓我們團隊的人完全吃驚。我們沒有想到會有這樣的結果。我們在20年前就有這個問題，現在我們終於可以用生物信息學的重建方法來回答這個問題。生物信息學和生物化學之間的這種密切合作在萊比錫已經存在了好幾年，並且已經證明，這不是第一次，對雙方都是一個巨大的優勢。”