Здраве Гадаене на E. coli - последните новини от Украйна и света
Получени са доказателства за предсказуемостта на някои процеси, отговорни за биологичното разнообразие на организмите: в три изолирани колонии на Escherichia coli са открити едни и същи мутации в подобна група гени, съобщава ukrday.com
Ако молекулярната основа на живота на ДНК, кодираща структурата на всички протеини и клетъчната диференциация (в случай на многоклетъчни организми) чрез РНК, е една и съща за всички живи същества, тогава разнообразието от техните форми, наследени, предавани на следващите поколения и в същото време пластични, постоянно променящи се в хода на еволюцията, е все пак огромно.
Какви са причините и механизмът на биологичното разнообразие, когато една предшествена разновидност на организмите се раздели на няколко?
Географската изолация, когато в части от популацията, които започват да се адаптират към различни условия на околната среда, се извършва селекция на полезни мутации и генетично фиксиране на различни черти, традиционно се счита за един от основните сценарии за "разделяне" на видовете. Но може ли такова разделяне да се случи без изолация на части, тоест в рамките на компактна популация, заемаща една екологична ниша? Теоретично, да, и това се потвърждава от емпирични наблюдения, въпреки че генетичният механизъм на такава диверсификация на видовете остава до голяма степен неразбираем, точно както не е известно дали е възможно да се предскаже този процес с дешифрирани геноми, физиологични данни и описание на екологичните параметри.
Например чрез проследяване на промените, настъпващи в няколко популации от един и същи вид, развиващи се изолирано, но при идентични условия.
Извършването на такива експерименти върху висши животни е скъпо, трудно и отнема твърде много време, за да се натрупат статистически данни. задача силноТова е опростено, ако обектите на наблюдение са микроби, като E. coli, които се размножават бързо и чиито популации от генетично идентични клетки (така наречените моноклонални култури) могат лесно да бъдат разделени чрез поставянето им в идентични, прецизно контролирани среди.
Точно по този начин – за да открият общ механизъм на генетична пластичност, който въпреки това генерира различни еволюционни резултати, тоест различни сценарии за клетъчна диверсификация в рамките на моноклонални микробни колонии, развиващи се изолирано, но при едни и същи начални условия – Матю Херън, асистент в Университета на Монтана, и неговият колега Майкъл Добели, професор в Университета на Британска Колумбия, взеха статията „Паралелно еволюционна динамика на адаптивната диверсификация на Escherichia coli днес PLOS Biology.
Авторите организират серия от експерименти върху три колонии от E. coli, като ги поставят в една и съща среда - хранителен разтвор на глюкоза и по-малко вкусен (от гледна точка на бактериите) глюкозен ацетат, който е по-труден за обработка. Повече от 1200 поколения в колониите се формира баланс от два специализирани типа съжителстващи бактерии, чийто метаболизъм е адаптиран към един от двата хранителни ресурса: една част от колонията успява бързо да смила глюкозата, но по-бавно преминава към ацетат, другата не се възпроизвежда на глюкоза толкова бързо, но бързо преминава към свързаната й форма.
Чрез замразяване на бактерии и дешифриране на техните геноми в различни моменти от еволюцията на колониите (1200 поколения бяха разделени на 16 интервала, фиксиращи различни етапи на еволюция), Херон и Добели откриха за своя изненада, че въпреки изолацията на колониите и различните условия на околната среда (балансът на различните хранителни ресурси винаги се променя по различни начини).и в трите случая), процесът на вътрешна диверсификация беше придружен от подобни и дори идентични мутации в техните геноми. Детайлен анализ показа, че в три изолирани популации на Escherichia coli промяната във фенотипа, тоест биологичното разнообразие, което се случва в рамките на популация от микроби, не само съответства на повече или по-малко подобен набор от гени, но също така естеството на промените, настъпващи в тези гени, също е сходно, което показва модел в природата на мутациите.
С други думи, Херон и Добели, след като дешифрираха части от големи части от бактериални геноми, получиха доказателства за предсказуемостта на процеса на еволюционна диверсификация на организмите.
Предсказуемостта на мутациите е от голямо практическо значение, тъй като ще позволи, например, да се изчисли предварително кои механизми за защита срещу антибиотици ще бъдат използвани от микробите.
Херон и Добели вярват, че една от формите на естествен подбор, а именно селекция, зависима от честотата, когато по-рядка форма на адаптация (например ацетатно-специализирани бактерии) придобива селективно предимство пред по-често срещана (например глюкозно-специализирана) в хода на променящите се условия на околната среда (например промени в баланса на хранителните ресурси), играе важна движеща роля в биологичната диверсификация на организмите, заемащи една екологична ниша. Освен това сценарият, по който ще се развива диверсификацията, е частично генетично обусловен.
Остава да видим дали това заключение е валидно в случай на по-сложни многоклетъчни организми.