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:



Связь между сном и снижением веса

Согласно новому исследованию, недостаточное количество сна хорошего качества подрывает попытки людей поддерживать потерю веса после диеты, и что два часа активной физической активности в неделю могут помочь сохранить лучший сон. Диета бесполезна без хорошего сна Рандомизированное исследование показало, что плохой сон может способствовать восстановлению веса после потери веса у взрослых с ожирением. Новое исследование, представленное…

Связь между потреблением молока и раком

Органические молочные продукты Согласно крупному исследованию, в котором изучалось потребление молочных продуктов и риск рака у взрослых китайцев, большее потребление молочных продуктов было связано с более высоким риском рака печени и рака груди у женщин. Первое крупное исследование по изучению потребления молочных продуктов и риска рака у взрослых китайцев показало, что более высокое потребление было…

Пять продуктов, которые нужно есть для здоровых зубов 

То, что вы едите каждый день, может повлиять на общее состояние ваших зубов. Ваша улыбка играет важную роль в том, чтобы произвести положительное впечатление на других людей. Вы хотите улучшить здоровье своих зубов, чтобы ваша улыбка оставалась яркой и белоснежной? Чтобы иметь красивую улыбку, нужно больше, чем просто чистить зубы, пользоваться зубной нитью и ополаскивать…

Зоонозное распространение от свиней к людям

Датское исследование показало, что супербактерия C. difficile может перемещаться между свиньями и людьми, что свидетельствует о распространении зоонозов. Исследование, посвященное изучению образцов супербактерии Clostridioides difficile на 14 свинофермах в Дании, выявило наличие нескольких генов устойчивости к антибиотикам между свиньями и пациентами-людьми, что свидетельствует о возможности передачи инфекции от животного к человеку (зоонозной). Исследование, проведенное доктором…

Польза омега-3 для здоровья

Вы наверняка слышали об омега-3 жирных кислотах. Они хорошо известны своей пользой для здоровья и якобы могут помочь справиться со всем, от сердечно-сосудистых заболеваний до депрессии. Но что говорит наука? Действительно ли омега-3 так полезны, как предполагают люди? Что такое Омега-3 жирные кислоты? Жирные кислоты омега-3 представляют собой типы жиров, известные как незаменимые жиры. В…