Загрузка...
Поддержи Openmeetings

понедельник, 23 июля 2012 г.

Биологи встроили ген возрастом в 500 миллионов лет в современный организм

Это не рассказ о фильме Парк юрского периода, этот сюжет разворачивается сейчас в лаборатории Технологического института Джорджии.

Запущен процесс, который называют пале-экспериментальной эволюцией. Ген бактерии, которому 500 миллионов лет, имплантировали в современную бактерию кишечной палочки E.coli. Это позволило увидеть механизм эволюции в действии, сейчас исследователи наблюдают уже 1000-ое поколение этой бактерии.

Генетическая инженерия: разрезание и сшивание ДНК

Молекулярная биология давно указала возможность разрезать молекулы ДНК, причем в строго определенных местах. Этот метод был изобретен в 1950-1970-е гг. после того, как исследователям удалось объяснить, почему некоторые виды бактерий при добавлении в среду чужеродной ДНК, разрушают ее, а их собственная ДНК при этом остается неповрежденной. Оказалось, что в этом случае действуют ферменты, позднее названные рестрикционными нуклеазами или рестриктазами. Сейчас известно несколько тысяч видов рестриктаз. Важным свойством каждого подобного фермента является его способность разрезать строго определенную — целевую — последовательность нуклеотидов ДНК.

Для создания новых молекул ДНК, кроме разрезания, необходима еще и возможность сшивания двух цепей. Это делают с помощью ферментов, называемых ДНК-лигазами, которые сшивают сахаро-фосфатный остов двух цепей ДНК. Поскольку по химическому строению ДНК не отличается у разных организмов, можно сшивать ДНК из любых источников, и клетка не сможет отличить полученную молекулу от своей собственной ДНК.

Древний ген демонстрирует эволюционную цепкость

На недавней международной конференции NASA по астробиологии было объявлено, что биологам технологического Центра НАСА в Джорджии удалось взять у кембрийской бактерии и внедрить в геном современной бактерии генетическую последовательность EF-Tu, отвечающую за производство одного из самых распространенных белков.

«Мы как будто отмотали назад молекулярную ленту жизни и опять включили воспроизведение — говорит доктор астробиологии Бетул Кэкар, сотрудник Центра, который занимается происхождением и эволюцией рибосом. — Возможность наблюдать, как древний ген эволюционирует в клетке современного организма, позволит увидеть: повториться ли эволюционная траектория или жизнь будет адаптироваться другим способом».

В 2008 г. адъюнкт-профессор биологии Эрик Гоше успешно секвенировал древнюю генетическую последовательность EF-Tu, основного белка в E.coli. Это один из самых распространенных белков, найденных во всех известных формах клеточной жизни и необходимых для выживания бактерий. Идеальный белок для исследования законов эволюции.

Применительно к ДНК (или РНК), отсеквенировать означает прочесть молекулу, т. е. — выявить последовательность образующих её нуклеотидных оснований. Секвенирование геномов требует самых продвинутых приборов и большого объема вычислений на суперкомпьютерах.

После трудоемкой работы по внедрению древнего гена в строго определенное место современного гена в E.coli, Kacar подготовила восемь идентичных штаммов бактерий и позволил «древней жизни» повторно развиваться. Сначала химерические бактерии, состоящие из современных и древних генов, росли примерно в два раза медленнее, чем их дубликаты, состоящие только из современных генов.

На начальном этапе измененный организм не был таким жизнеспособным, как его современная версия. Но в конечном счете темпы роста увеличились. После первых 500-т поколений, ученые секвенировали геномы всех восьми линий, чтобы определить, как бактерия приспособилась.

Оказалось, что некоторые измененные линии стали более жизнеспособными, чем их современные двойники.

Каждый EF-Tu ген не накапливал мутации. Вместо этого мутировали современные белки, которые взаимодействовали с древними EF-Tu внутри бактерии. Благодаря этим мутациям и происходила быстрая адаптация. т. е. адаптироваться пришлось не кембрийскому гену, а его современным белковым партнерам. Похоже, бактерии нашли новую эволюционную траекторию.

science

biomolecula

Комментариев нет :

Отправить комментарий