Biologi laboratorijā atkārto 500 miljonus gadu E Coli evolūcijas

Bioloģija mainās tik strauji un fundamentāli, ka ir grūti izsekot revolucionārajām pārvērtībām, kas notiek.

Šeit ir viens no tiem. Sintētiskā bioloģija ir tādu bioloģisku sistēmu projektēšana un uzbūve, kuras dabā nav sastopamas. Tā ir inženierija – molekulāro celtniecības bloku izmantošana, lai radītu jaunas biomolekulas, piemēram, gēnus.

Šeit ir vēl viena tehnika. Salīdzinot radniecīgo sugu DNS, biologi var noskaidrot savu kopīgo senču DNS struktūru.

Pēc tam, izmantojot sintētisko bioloģiju, viņi var rekonstruēt šīs sekvences laboratorijā. Tādā veidā biologi ir sākuši augšāmcelt visa veida senās biomolekulas, tostarp hormonu receptorus un pat senās molekulārās mašīnas.

Šodien Betul Kaçar un Eric Gocher no Džordžijas Tehnoloģiju institūta Atlantā atklāj, ka viņi ir apvienojuši šīs metodes, lai veiktu ievērojamu eksperimentu.

Šie puiši ir rekonstruējuši senu gēnu no baktēriju organisma E coli priekšteča, kas dzīvoja pirms aptuveni 500 miljoniem gadu. Pēc tam viņi E coli populācijā aizstāja šī gēna mūsdienu versiju ar seno.

Viņi saka, ka šī ir pirmā reize, kad senais gēns ir genomiski integrēts tā modernā līdzinieka vietā mūsdienu organismā.

Šis ir Jurassic Park baktēriju mērogā (lai gan labāks nosaukums, ņemot vērā laika skalu, varētu būt Kembrija vai Ordovika parks).

Bet Kacars un Gošē tur nav beiguši. Viņi saka, ka viņu senās baktērijas sniedz unikālu iespēju laboratorijā atkārtot evolūciju, lai redzētu, vai mūsdienu E coli attīstās no jauna vai notiek kaut kas cits.

Ideja ir ļaut organismam attīstīties daudzu paaudžu laikā rūpīgi kontrolētos apstākļos. Dažādus pielāgojumus var izmērīt, izmantojot piemērotības kritērijus, piemēram, cik ilgs laiks nepieciešams, lai baktēriju populācija dubultotos. Pēc tam visa genoma sekvencēšana var parādīt, kādas izmaiņas notiek.

Tas nekad nav darīts ar šādā veidā modificētām baktērijām. Kaçar un Gocher saka, ka šajos eksperimentos būtībā ir divas iespējamo rezultātu klases.

Pirmais ir saistīts ar pašu gēnu. Vai nu senais gēns atkārtoti pielāgojas mūsdienu tīklam, lai iegūtu precīzu tā mūsdienu līdzinieka kopiju, vai arī tas attīstās pavisam citā veidā.

Otrā klase ietver gēnu tīklu mūsdienu organismā. Vai nu mūsdienu tīkls pārvēršas par seno tīklu, tādējādi augšāmceļot seno radījumu, vai arī mūsdienu tīkls pielāgojas pilnīgi jaunā veidā.

Problēma, protams, būs šī visa atdalīšana no nekārtīgām eksperimentālām detaļām.

Līdz šim Kačars un Gošē ir veikuši tikai provizoriskus fiziskās sagatavotības mērījumus. Viņi saka, ka seno E coli populācijai ir nepieciešams divreiz vairāk laika, lai tās dubultotu nekā mūsdienu radījumiem. Bet viņu darbs pie eksperimentālās evolūcijas joprojām ir agrīns.

Jaunā pieeja paver iespēju izskatīt visu veidu interesantus jautājumus par tādu faktoru kā nejaušības un determinisma lomu evolūcijā.

Piemēram, Kačars un Gošē vēlas zināt, vai evolūcija ved uz vienu punktu vai pie vairākiem risinājumiem; vai noteiktas mutācijas ir paredzamas un vai bioloģisko evolūciju regulē universāli likumi.

Šie ir tādi jautājumi, kas mums palīdzēs izprast ne tikai evolūcijas lomu tādas dzīves veidošanā, kādu mēs to zinām, bet arī lomu, kāda tai var būt dzīvē – mēs to nekad neesam iedomājušies; citiem vārdiem sakot, dzīvībai uz citām planētām un mākslīgās dzīvības formās, kas vēl tiks radītas laboratorijā.

Svarīgi jautājumi no darba, uz kuriem būs vērts pievērsties arī turpmāk.

Atsauce: arxiv.org/abs/1209.5032 : Ceļā uz senās vēstures apkopošanu laboratorijā: sintētiskās bioloģijas apvienošana ar eksperimentālo evolūciju

paslēpties