Ученые из Индианского университета в Блумингтоне (США) обнаружили, что синтетически сконструированная клетка, лишенная всех генов, кроме основных, может развиваться так же быстро, как и обычная клетка. Это показывает способность организмов адаптироваться даже с неестественным геномом, сообщает EurekAlert!. Результаты наблюдений опубликованы в журнале Nature.
Для своего исследования команда использовала синтетический организм Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B — уменьшенную версию бактерии M. mycoides, которая обычно встречается в кишечнике коз и подобных животных. На протяжении тысячелетий эта паразитическая бактерия естественным образом утратила многие свои гены, поскольку в ходе эволюции стала зависеть от своего хозяина в плане питания.
В 2016 году ученые из Института Дж. Крейга Вентера в Калифорнии удалили 45% из 901 гена естественного генома M. mycoides, сократив его до наименьшего набора генов, необходимого для автономной клеточной жизни. Минимальный геном M. mycoides JCVI-syn3B, содержащий 493 гена, является самым маленьким среди всех известных свободноживущих организмов. Для сравнения, многие геномы животных и растений содержат более 20 тысяч генов.
Любая мутация в таком простейшем организме может привести к летальному нарушению одной или нескольких клеточных функций, что наложит ограничения на эволюцию. У организмов с таким небольшим геномом меньше мишеней, на которые может действовать положительный отбор, что ограничивает возможности адаптации. При этом M. mycoides JCVI-syn3B мог расти и делиться в лабораторных условиях.
В этой же работе ученые хотели проверить, как минимальная клетка будет реагировать на силы эволюции с течением времени. При условии, что для мутаций в таком маленьком организме нет места для эволюционных «маневров».
Тем не менее, исследователи установили, что у M. mycoides JCVI-syn3B на самом деле часто происходят мутаций. Ученые вырастили организм в лаборатории, где ему дали возможность свободно развиваться в течение 300 дней, что эквивалентно 2000 бактериальным поколениям или примерно 40 тысячам лет человеческой эволюции.
Далее ученые экспериментально определили, как клетки миниорганизма, которые эволюционировали в течение 300 дней, вели себя по сравнению с исходными M. mycoides, а также со штаммом, который не эволюционировал в течение 300 дней.
Результаты показали, что настоящая версия бактерии легко превзошла неэволюционировавшую мини-версию. Однако мини-копия бактерии, которая развивалась в течение 300 дней, показала себя намного лучше, фактически восстановив всю приспособленность, утраченную в результате сокращения генома. Исследователи определили гены, которые больше всего изменились в ходе эволюции. Некоторые из этих генов участвовали в построении поверхности клетки, функции некоторых других остаются неизвестными.
[Фото: THE IMAGES BY TOM DEERINCK AND MARK ELLISMAN OF THE NATIONAL CENTER FOR IMAGING AND MICROSCOPY RESEARCH AT THE UNIVERSITY OF CALIFORNIA AT SAN DIEGO]
