Предсказуемые мутации: шпильки в ДНК создают горячие точки мутагенеза

МЕНЮ


Главная страница
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Исследователи из Милнеровского центра изучения эволюции выяснили, что у бактерий участки ДНК, спутанные в форме шпильки, могут нарушить работу системы репликации ДНК и вызывать мутации. Учёные считают, что это открытие поможет предсказывать эволюцию бактерий и вирусов, что поспособствует разработке более совершенных вакцин и поможет лучше понять явление устойчивости к антибиотикам.

Команда учёных следила за эволюцией двух штаммов почвенной бактерии Pseudomonas fluorescens - SBW25 и Pf0-1. Когда они удалили ген, необходимый бактериям для плавания, оба штамма быстро вернули способность плавать, но сделали это разными способами.

У штамма SBW25 почти всегда мутировала одна и та же часть конкретного гена (замена аденина на цитозин в положении 289 гена ntrB), благодаря чему штамм вернул себе подвижность. Однако у штамма Pf0-1 мутировали разные участки разных генов при каждом повторении эксперимента.

Чтобы понять, почему один штамм эволюционировал предсказуемо, а другой - нет, биологи сравнили последовательности ДНК двух штаммов и обнаружили, что у SBW25 имеется участок ДНК, свёрнутый в форме шпильки. Эта шпилька нарушала работу ДНК-полимеразы - фермента, занимающегося удвоением ДНК при делении клетки, что значительно повышало вероятность возникновения мутаций на этом участке ДНК.

Когда учёные "расправили" шпильку, внеся в геном 6 молчащих мутаций, не изменяющих последовательность аминокислот в кодируемом белке, островок мутагенеза исчез и бактерия начала эволюционировать гораздо более непредсказуемым образом, пытаясь вернуть себе способность плавать.

"В норме ДНК имеет форму двойной спирали, но когда она копируется, обе спирали оказываются ненадолго разделёнными. Мы обнаружили, что в ДНК есть участки, вынуждающие разделённые спирали скручиваться с самими собой, формируя одноцепочечные шпильки. Когда ДНК-полимераза движется вдоль цепи, она натыкается на такую шпильку и может пропустить этот участок, что приведёт к изменению последовательности нуклеотидов в скопированной цепи, то есть к мутации.

Наши эксперименты показали, что мы можем создавать и удалять островки мутагенеза, внося в ДНК изменения, которые провоцируют возникновение шпилек или предотвращают их появление.

Это говорит о том, что хотя естественный отбор остаётся наиболее важным фактором эволюции, есть и другие факторы, влияющие на её ход.

Если бы мы могли узнать расположение потенциальных островков мутагенеза в геномах бактерий и вирусов, мы могли бы предсказать, как именно эти микробы будут мутировать под давлением отбора" - поясняет доктор Тиффани Тейлор, одна из авторов исследования.

Островки мутагенеза уже были найдены в геномах некоторых бактерий, вирусов, включая SARS-CoV-2, а также в геномах птиц и человеческих раковых клеток, теперь исследователи планируют изучить множество бактерий на предмет наличия таких островков, включая также важные патогенные бактерии. Эта информация может помочь лучше понять, как именно бактерии и вирусы эволюционируют, что может быть полезно в разработке вакцин против новых штаммов, а также поспособствует лучшему пониманию явления антибиотикорезистентности.

"Как и множество прочих важных открытий, это было сделано случайно. Мутации, которые мы исследовали, называются молчащими, потому что они не влияют на последовательность аминокислот в кодируемом белке, и мы изначально не думали, что эти мутации важны. Однако, наше открытие бросает вызов представлениям о том, какую роль молчащие мутации играют в процессе адаптации" - сообщает доктор Джеймс Хортон, ведущий автор исследования.

Комментарии: