|
Связь между генетическими мутациями и биологической эволюцией
|
|
|
|
В биологической эволюции мы знаем, что все дело в выживании наиболее приспособленных: организмы, которые развивают генетические черты, позволяющие им лучше адаптироваться к физической среде, с большей вероятностью будут процветать и, таким образом, передадут свои победные гены своему потомству. От длинноклювых вьюрков с Галапагосских островов, изученных биологом Чарльзом Дарвином, которые позволили им более эффективно ловить насекомых, до способности одних людей переваривать молоко по сравнению с другими, процесс естественного отбора приводит к генетическим различиям, которые дают некоторым организмам преимущество перед другими. Новое исследование доцента биологии Университета Торонто в Миссиссоге Алекса Н. Нгуен Ба добавляет важное измерение к нашему пониманию того, как гены взаимодействуют в эволюционном процессе.
|
|
|
|
Нгуен Ба является соруководителем исследования, опубликованного в этом месяце в журнале Science. Первое в своем роде исследование показывает, что различные комбинации генетических мутаций могут влиять на эволюционный процесс — открытие, которое может принести пользу в таких областях, как персонализированная медицина и разработка вакцин. «Эволюция — это сила, которая движет всей жизнью на этой планете», — говорит Нгуен Ба. «Понимание того, как много мы можем предсказать в отношении адаптации, представляет большой интерес для многих специалистов в этой области». Адаптацию можно сравнить с восхождением на гору. Считается, что пути к различным возможным пикам обусловлены последовательными мутациями, а неровности местности можно отнести к конкретным комбинациям мутаций, приобретенных на этом пути. Но как ученые могут предсказать маршрут к вершине горы?
|
|
|
«Есть огромные последствия, если мы сможем выяснить, что произойдет в будущем с живыми организмами», — говорит Нгуен Ба. В лаборатории annb UTM Нгуен Ба и его команда исследователей изучают генетические мутации в клетках и их влияние на эволюцию, используя технологии нового поколения. К ним относятся синтетическая биология с высокой пропускной способностью — разработка новых биологических систем или изменение существующих для исследовательских целей — и робот размером со стол, который может обрабатывать многочисленные биологические образцы. Он начал исследование пять лет назад, когда был научным сотрудником в лаборатории Десаи Гарвардского университета. Там он сотрудничал с Кристофером Бейкерли, соруководителем исследования.
|
|
|
|
Вместе Нгуен Ба и Бейкерли использовали технологию редактирования генов CRISPR для изменения генов в клетках дрожжей, которая обычно используется в исследованиях генной инженерии, поскольку у нее есть общие гены с человеческими. Они работали с 10 миссенс-мутациями, представляющими собой аберрации в коде ДНК, которые изменяют производство аминокислот. Аминокислоты, считающиеся строительными блоками жизни, представляют собой молекулы, которые объединяются в белки, которые выполняют все функции: от заживления ран до обеспечения энергией и выработки антител. Экспериментальный процесс включал проверку всех возможных комбинаций этих мутаций — всего 1024. Ученые хотели определить, как взаимодействия между генами влияют на выражение определенных генетических признаков.
|
|
|
|
Нгуен Ба завершил последний год обучения в UTM, где он анализировал и интерпретировал данные. Исследование показало, что эволюция часто представляет собой комбинацию генных мутаций с отрицательной синергией между ними. Это негативно влияет на эволюционный потенциал дрожжей, например, замедляя скорость их адаптации. Полученные данные противоречат догме о том, что вся биологическая адаптация развивается предсказуемым образом из-за какого-то неизвестного биологического закона. Наоборот, комбинации мутаций, накопившихся с течением времени, определяют будущий эволюционный потенциал организма. Более того, говорит он, это бросает вызов господствующему в генетических исследованиях представлению о том, что мы должны изучать мутацию по одному гену за раз. Изучение мутаций в сочетании может помочь нам понять болезни и привести к более точной медицине. «Мы показываем это, чтобы иметь полное представление о том, как на самом деле ведут себя гены», — говорит Нгуен Ба. «Комбинации мутаций, вероятно, будут очень важны».
|
|
|
|
Источник
|
