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:



Как выглядят живые бактерии

Изображения живых бактерий Исследователи UCL сделали самые четкие изображения живых бактерий, которые показали сложную архитектуру защитного слоя, который окружает многие бактерии и усложняет их уничтожение антибиотиками. Исследование, опубликованное сегодня (25 октября 2021 г.) в Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA и проведенное в сотрудничестве с учеными из Национальной физической лаборатории, Королевского…

Взгляд на то как клетки меняются в результате болезни

Новый «конвейер анализа изображений» дает ученым возможность быстро понять, как болезнь или травма изменили тело, вплоть до отдельной клетки. Он называется TDAExplore, который берет подробные изображения, полученные с помощью микроскопии, объединяет их с горячей областью математики, называемой топологией, которая дает представление о том, как устроены вещи, и аналитическую мощь искусственного интеллекта, чтобы дать, например, новый…

Как жара влияет на людей в взрослом возрасте

Новое исследование показало, что дни сильной жары были связаны с более высоким риском посещения отделения неотложной помощи среди взрослых в возрасте 18-64 лет по сравнению со взрослыми старше 75 лет. Смертность от погодных явлений Сильная жара — основная причина смертей, связанных с погодой, в Соединенных Штатах — представляет все большую угрозу для населения, поскольку ожидается,…

Как связана диета, кишечник и болезни

Кишечник необходим для поддержания нашего энергетического баланса и мастерски быстро реагирует на изменения в питании и балансе питательных веществ. Ему удается сделать это с помощью кишечных клеток, которые, помимо прочего, специализируются на абсорбции компонентов пищи или секреции гормонов. У взрослых людей клетки кишечника регенерируют каждые пять-семь дней. Способность постоянно обновлять и развивать все типы кишечных…

Как герпес проникает навсегда в нервную систему

Ученые выяснили, как герпес похищает белок для заражения нервной системы. Открывает дверь для давно необходимой вакцины против HSV1 и HSV2. Более половины взрослого населения США являются носителями герпеса HSV1. Вирус может вызывать слепоту, опасный для жизни энцефалит и способствовать развитию деменции. Герпес 1 типа запечатан поцелуем на всю жизнь. Более половины взрослого населения США являются…