Текст уведомления здесь

Кишечную палочку поймали на «генетическом списывании» 3323 раза

Все гены, приобретенные за 53 поколения, она получила от других бактерий, а не «вывела» в себе путем накопления случайных мутаций

За звание главного механизма эволюции бактерий борются двое: постепенное накопление незаметных мутаций и разовые адаптации (мутации возникают по одной и сразу влияют на жизнь особи). Немецкие ученые, восстановив генеалогию попавшей к ним в руки кишечной палочки, выяснили, что в историческом отношении разовые адаптации побеждают со счетом 3323:0, а помогает им в этом списывание — горизонтальный перенос генов.
Добавить в закладки
Комментарии

Бактерии умеют «списывать» гены друг у друга — это называют горизонтальным переносом генов. Они выбрасывают в окружающую среду кусочки своей ДНК, «подбирают» те, которыми с ними делятся соседи, или забирают себе гены умерших рядом. Позаимствовать у соседа обычно получается только маленькие кусочки ДНК, не больше 30 тысяч пар нуклеотидов, — большие просто не пролезают в отверстия в мембране. Кроме того, успешно приживаются после переноса только гены, нужные им прямо сейчас, то есть те, что не будут сидеть в геноме мертвым грузом, а будут исполнять конкретную полезную функцию уже в этой жизни. Вероятно, это связано с тем, что бактерии стремятся скорее укоротить свой геном, чем расширить, и среди мутаций преобладают делеции (потери генов). Так или иначе, ненужной информации в их ДНК практически нет.

Читайте также: Списывать кусочки генома друг у друга умеют не только бактерии, но и, например, коловратки

Бактерий используют как модель эволюции обмена веществ, так как его свойства очень легко проверить. Достаточно просто лишить бактерий основного источника пищи, заменить его на другой — и ждать, пока они проэволюционируют и научатся его использовать. Таких экспериментов было уже множество, однако неизвестно, какие именно механизмы помогают бактериям эволюционировать. Иными словами, из-за чего именно в какой-то момент одна бактерия становится настолько непохожей на своего предка, чтобы можно было выделить ее в отдельную линию.

Один из возможных ответов на этот вопрос дает теория нейтральной эволюции, согласно которой изменения накапливаются постепенно. Сначала возникает одна мутация или новый ген, «незаметные» снаружи и не влияющие на выживаемость особи (нейтральные), потом другая, они передаются по наследству, и рано или поздно возникает новый биохимический путь, который позволяет организму выжить в непривычных условиях и потому эволюционно преуспеть. Но если бы эта теория была верна, в бактериальной ДНК можно было бы найти ненужные гены — основу для будущих путей. Но их там нет.

Второй вариант ответа такой: эволюция движима разовыми адаптациями к меняющимся условиям. Иными словами, каждый «списанный» ген сразу дает бактерии новую — и нужную! — способность, и уже потом из таких генов может сложиться или не сложиться новый путь обмена веществ. В пользу этой теории говорит то, что большинство генов бактерий отвечают за один конкретный процесс и горизонтально они передаются не блоками, а по одному за раз.

Немецкие ученые подсчитали, как соотносятся вклады двух этих механизмов в эволюцию кишечной палочки E. coli. Так как бактерии эволюционируют крайне быстро, то даже за время исследования в одной лаборатории возникают разные линии кишечной палочки, отличающиеся друг от друга. В своей работе ученые исследовали одну из таких линий и 52 поколения ее предков. Они изучили их геномы, оценили, какие гены у них есть, и прогнали их через математический алгоритм анализа метаболических потоков, чтобы оценить, в какой среде они могли бы выжить. Как и ожидалось, генетически близкие линии предпочитали схожие среды для жизни.

Небольшие отличия в последовательности нуклеотидов не влияли на их обмен веществ, но было достаточно лишь одного нового гена, чтобы он изменился. По данным ученых, перенос единичных генов в истории изучаемой линии E. coli произошел 3323 раза. В 1998 случаях это привело к новым метаболическим способностям и еще в 1325 — к усилению роста. Таким образом, в масштабах эволюции нейтральные мутации отступают на второй план, а вот масштабы «генетического списывания» нам еще предстоит оценить.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы