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.
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.
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».
Метки: ДНК
Ученые обнаружили, что Тайленол действует, подавляя химическое вещество мозга, которое ранее считалось уменьшающим боль, изменяя все понимание его механизма облегчения боли и открывая новые возможности для разработки лекарств. Новое исследование показывает, что распространенное обезболивающее снимает боль не за счет увеличения естественных химических веществ хорошего самочувствия, как когда-то считалось, а за счет снижения одного из них….
Тест MyHPVscore представляет собой успешный перенос результатов лабораторных исследований в клиническую практику. Лаборатория Мичиганской медицины теперь предлагает новаторский тест на выявление рака. Разработанный в Мичиганском университете, MyHPVscore — это высокоточный анализ крови, предназначенный для обнаружения рака головы и шеи, связанного с вирусом папилломы человека (ВПЧ). Тест работает путем идентификации небольших фрагментов ДНК опухоли, циркулирующих в…
Исследователи из Питтсбургского университета обнаружили, что сочетание факторов роста может спасти клетки от поражения сибирской язвой на поздней стадии путем реактивации ключевых путей выживания, что дает надежду на лечение за пределами текущего терапевтического окна. Сибирская язва, инфекционное заболевание, вызываемое бактерией Bacillus anthracis, часто поддается лечению на ранних стадиях. Однако, как только болезнь переходит «точку невозврата»…
Исследователи обнаружили, что рак желудка образует электрические связи с близлежащими чувствительными нервами, создавая злокачественные цепи, которые способствуют росту и распространению рака. Рак желудка формирует электрические цепи с нервами, подпитывая свой рост, и этот процесс можно остановить с помощью препаратов от мигрени. Это первый задокументированный случай электрической связи между нервами и раком за пределами мозга, что…
Шведское исследование с участием почти 9000 человек изучает связь между кишечными бактериями и здоровьем сердца и показывает, что некоторые бактерии полости рта, в частности из рода Streptococcus, могут способствовать развитию атеросклеротических бляшек в мелких артериях сердца. Исследование проанализировало данные кишечных бактерий и визуализации сердца у 8973 человек в возрасте от 50 до 65 лет из…
