9 ноября 2021

Как ДНК предскажет возможные эволюции мутаций

Исследователи из Центра эволюции Милнера определили эволюционные горячие точки в ДНК, где мутации более вероятны.

Согласно новому исследованию Центра эволюции Милнера при Университете Бата, клубки в размотанной ДНК могут создавать горячие точки мутаций в геномах бактерий.

Прогнозы для эволюции бактерий и вирусов

Авторы исследования говорят, что эти результаты помогут нам в будущем прогнозировать эволюцию бактерий и вирусов с течением времени, что может помочь в разработке вакцины и лучшем понимании устойчивости к антибиотикам.

В то время как большая часть эволюции формируется естественным отбором, когда только те люди, которые адаптированы к окружающей среде, могут выжить и передать свои гены, новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что на эволюцию также влияют спутанности цепей ДНК.

Сплетения ДНК

Горячие точки эволюции вызваны путаницей в ДНК, которая может нарушить механизм репликации ДНК, что приведет к мутациям.

Группа ученых под руководством Университета Бата в сотрудничестве с Университетом Бирмингема изучила эволюцию двух штаммов почвенных бактерий Pseudomonas fluorescens (SBW25 и Pf0-1).

Когда ученые удалили ген, позволяющий бактериям плавать, оба штамма бактерий быстро снова приобрели способность плавать, но совершенно разными способами.

Один из штаммов (названный SBW25) всегда мутировал в одной и той же части определенного гена, чтобы восстановить подвижность.

Однако другой штамм (названный Pf0-1) мутировал в разных местах в разных генах каждый раз, когда ученые повторяли эксперимент.

Чтобы понять, почему один штамм эволюционировал предсказуемо, а другой — непредсказуемо, они сравнили последовательности ДНК двух штаммов. Они обнаружили, что в штамме SBW25, который мутировал предсказуемым образом, была область, в которой цепь ДНК петляла сама по себе, образуя клубок в форме шпильки.

Эти путаницы могут нарушить работу клеточного аппарата, называемого ДНК-полимеразой, которая копирует ген во время деления клетки, что увеличивает вероятность возникновения мутаций.

Мутации бактерий для выживания

Когда команда удалила структуру шпильки, используя шесть молчаливых мутаций (без изменения последовательности производимого белка), это устранило горячую точку мутации, и бактерии начали развиваться гораздо более разнообразными способами, чтобы вернуть свою способность плавать.

Доктор Тиффани Тейлор из Центра эволюции Милнера сказала: «ДНК обычно образует структуру двойной спирали, но когда ДНК копируется, нити ненадолго разделяются.

  • «Мы обнаружили, что в ДНК есть« горячие точки », в которых последовательность заставляет отдельные нити ДНК скручиваться сами по себе — это немного похоже на то, когда вы разрываете нити веревки — это приводит к путанице.
  • «Когда фермент ДНК-полимераза пробегает по цепи, чтобы скопировать ген, он натыкается на клубок и может пропустить, вызывая мутацию.
  • «Наши эксперименты показывают, что мы смогли создать или удалить горячие точки мутаций в геноме, изменив последовательность, чтобы вызвать или предотвратить клубок шпильки.
  • «Это показывает, что, хотя естественный отбор по-прежнему является наиболее важным фактором эволюции, есть и другие факторы.
  • «Если бы мы знали, где находятся потенциальные очаги мутаций в бактериях или вирусах, это могло бы помочь нам предсказать, как эти микробы могут мутировать под давлением отбора».

В раковых клетках уже обнаружены горячие точки мутаций, и исследователи планируют искать их среди множества видов бактерий, включая важные патогены.

Как ДНК предскажет возможные эволюции мутаций

Эта информация может помочь ученым лучше понять, как развиваются бактерии и вирусы, что может помочь в разработке вакцин против новых вариантов болезней. Это также может облегчить прогнозирование того, как микробы могут развить устойчивость к антибиотикам.

Доктор Джеймс Хортон, недавно защитивший докторскую диссертацию в Центре эволюции Милнера, сказал: «Как и многие другие захватывающие открытия, это было сделано случайно. Мутации, на которые мы смотрели, были так называемыми «тихими», потому что они не изменяли результирующую последовательность белка, поэтому изначально мы не думали, что они особенно важны.

«Однако наши открытия в корне бросают вызов нашему пониманию роли тихих мутаций в адаптации».

Источник

Метки:





Причины распространенных врожденных дефектов

Недавние исследования выявили решающую роль метилирования ДНК в черепно-лицевом развитии, открывая путь к предотвращению расщелины губы и неба путем понимания воздействия окружающей среды на генетическую экспрессию. Расщелина губы и неба — наиболее распространенные черепно-лицевые врожденные дефекты у человека, ежегодно поражающие более 175 000 новорожденных во всем мире. Тем не менее, несмотря на десятилетия исследований, до…

Свойства цитоплазматических капель сперматозоидов

Исследователи из Университета штата Мичиган разгадали загадку менее изученной структуры сперматозоида, известной как цитоплазматическая капля (ЦК). CD, характеризующийся увеличенной цитоплазмой — вязким желеобразным веществом, инкапсулированным клеточной мембраной, — расположен рядом с головкой сперматозоида, особенно на его шейке. Это явление наблюдается у всех млекопитающих, включая человека. Эта новая генетическая модель является первой в своем роде. Как…

Ускоренная химиотерапия

Исследование показывает, что блокирование белка PD-L2 в стареющих раковых клетках после химиотерапии повышает способность иммунной системы разрушать эти клетки, потенциально повышая эффективность химиотерапии против рака. Лечение рака, включая химиотерапию, помимо уничтожения большого количества опухолевых клеток, также приводит к образованию стареющих опухолевых клеток (также называемых «клетками зомби»). Хотя стареющие клетки не размножаются, они, к сожалению, создают…

Потеря веса при замене животных продуктов на растительные

Переход от продуктов животного происхождения к продуктам растительного происхождения, независимо от того, считаются ли эти продукты растительного происхождения здоровыми или вредными согласно индексу растительной диеты, приводит к снижению веса у людей с избыточным весом, снижает потребление холестерина и жиров, а также увеличивает потребление клетчатки. Согласно новому анализу Комитета врачей за ответственную медицину, опубликованному в Европейском…

Эффективность JAK при лечении ревматоидного артрита

Новое исследование, опубликованное в журнале Rheumatology, показывает, что ингибиторы JAK, обычно используемые для лечения пациентов с артритом, действительно эффективны. Несмотря на первоначальные опасения по поводу их эффективности, это многоцентровое ретроспективное исследование, проведенное японскими исследователями, показало впечатляющие показатели ремиссии у пациентов, причем большинство из них предпочли продолжить лечение. Понимание ревматоидного артрита и современных методов лечения Ревматоидный…