Biolodzy odtwarzają 500 milionów lat ewolucji E Coli w laboratorium

Biologia zmienia się tak szybko i fundamentalnie, że trudno jest śledzić nadchodzące rewolucyjne przemiany.

Oto jeden z nich. Biologia syntetyczna to projektowanie i budowa systemów biologicznych, których nie ma w naturze. To jest inżynieria – wykorzystanie molekularnych elementów budulcowych do tworzenia nowych biomolekuł, takich jak geny.

Oto kolejna technika. Porównując DNA pokrewnych gatunków, biolodzy mogą ustalić strukturę DNA ich wspólnych przodków.

Następnie, korzystając z biologii syntetycznej, mogą zrekonstruować te sekwencje w laboratorium. W ten sposób biolodzy zaczęli wskrzeszać wszelkiego rodzaju starożytne biomolekuły, w tym receptory hormonów, a nawet starożytne maszyny molekularne.

Dzisiaj Betül Kaçar i Eric Gaucher z Georgia Institute of Technology w Atlancie ujawniają, że połączyli te techniki, aby przeprowadzić niezwykły eksperyment.

Ci goście zrekonstruowali starożytny gen przodka bakterii E coli, który żył jakieś 500 milionów lat temu. Następnie zastąpili współczesną wersję tego genu starożytną wersją w populacji E. coli.

Mówią, że po raz pierwszy starożytny gen został genomowo zintegrowany w miejsce swojego współczesnego odpowiednika we współczesnym organizmie.

To Park Jurajski w skali bakteryjnej (chociaż lepszą nazwą, biorąc pod uwagę skalę czasową, może być Park Kambryjski lub Ordowik).

Ale Kaçar i Gaucher jeszcze tam nie skończą. Mówią, że ich pradawne bakterie dają wyjątkową okazję do odtworzenia ewolucji w laboratorium, aby zobaczyć, czy dzisiejsze E coli ewoluują ponownie, czy też dzieje się coś innego.

Chodzi o to, aby organizm mógł ewoluować przez wiele pokoleń w ściśle kontrolowanych warunkach. Różne adaptacje można mierzyć za pomocą kryteriów sprawności, takich jak czas potrzebny do podwojenia populacji bakterii. Sekwencjonowanie całego genomu może następnie pokazać, jakie zmiany zachodzą.

Nigdy nie robiono tego z bakteriami zmodyfikowanymi w ten sposób. Kaçar i Gaucher twierdzą, że w tych eksperymentach istnieją zasadniczo dwie klasy możliwych wyników.

Pierwsza dotyczy samego genu. Albo pradawny gen wielokrotnie przystosowuje się do współczesnej sieci, aby wytworzyć dokładną kopię swojego współczesnego odpowiednika, albo ewoluuje w zupełnie inny sposób.

Druga klasa obejmuje sieć genów we współczesnym organizmie. Albo współczesna sieć ewoluuje w starożytną sieć – wskrzeszając w ten sposób prastarą istotę – albo współczesna sieć przystosowuje się w zupełnie nowy sposób.

Problemem będzie oczywiście oderwanie tego wszystkiego od niechlujnych eksperymentalnych szczegółów.

Do tej pory Kaçar i Gaucher przeprowadzili jedynie wstępne pomiary sprawności. Mówią, że populacja starożytnej E. coli podwaja się dwukrotnie dłużej niż współczesne stworzenia. Ale to wciąż wczesny etap ich pracy nad ewolucją eksperymentalną.

Nowe podejście otwiera możliwość zbadania wszelkiego rodzaju interesujących pytań o rolę w ewolucji takich czynników, jak przypadek i determinizm.

Na przykład Kaçar i Gaucher chcą wiedzieć, czy ewolucja prowadzi do jednego punktu, czy do wielu rozwiązań; czy pewne mutacje są przewidywalne i czy ewolucją biologiczną rządzą uniwersalne prawa.

Są to pytania, które pomogą nam zrozumieć nie tylko rolę ewolucji w wytwarzaniu życia, jakie znamy, ale także rolę, jaką może odegrać w życiu, którego nigdy nie wyobrażaliśmy sobie; innymi słowy dla życia na innych planetach iw sztucznych formach życia, które mają dopiero powstać w laboratorium.

Ważne pytania z pracy, które warto obejrzeć w przyszłości.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1209.5032 : Ku podsumowaniu historii starożytnej w laboratorium: łączenie biologii syntetycznej z ewolucją eksperymentalną

ukryć