Эволюция. Новый взгляд на развитие жизни
Эволюция. Новый взгляд на развитие жизни
Новые данные о связях между генетическими мутациями и эволюцией опубликованы в этом году в журнале Science
Новое исследование
Знакомые нам правила эволюции: выживают наиболее приспособленные. Организмы, которые развивают в себе генетические черты, позволяющие им лучше адаптироваться — с большей вероятностью выживут, будут процветать и передадут свои гены потомкам.
Процесс естественного отбора приводит к генетическим различиям. Мы можем это наблюдать на примерах от галапагосских вьюрков, изучаемых ранее Чарльзом Дарвиным, которые приспособились эффективно ловить насекомых, до примеров людей, которые научились переваривать молоко в отличие от других.
Новое исследование доцента Алекса Н. Нгуен Ба Университета Торонто, добавляет важную деталь в нашем понимании того, как гены взаимодействуют в эволюционном процессе. Нгуен Ба является одним из главных участников исследования, опубликованного в мае 2022 в журнале Science.
Первое в своём роде исследование показывает, что различные комбинации генетических мутаций могут влиять на эволюционный процесс. Это открытие может принести пользу в разработке вакцин и в персонализированной медицине.
Процесс естественного отбора приводит к генетическим различиям. Мы можем это наблюдать на примерах от галапагосских вьюрков, изучаемых ранее Чарльзом Дарвиным, которые приспособились эффективно ловить насекомых, до примеров людей, которые научились переваривать молоко в отличие от других.
Новое исследование доцента Алекса Н. Нгуен Ба Университета Торонто, добавляет важную деталь в нашем понимании того, как гены взаимодействуют в эволюционном процессе. Нгуен Ба является одним из главных участников исследования, опубликованного в мае 2022 в журнале Science.
Первое в своём роде исследование показывает, что различные комбинации генетических мутаций могут влиять на эволюционный процесс. Это открытие может принести пользу в разработке вакцин и в персонализированной медицине.
«Эволюция — это сила, которая движет всей жизнью на планете, — говорит Нгуен Ба. — Понимание того, как много мы можем предсказать в отношении адаптации, представляет большой интерес для многих специалистов в этой области».
Адаптацию можно сравнить с восхождением в гору. Считается, что пути к различным возможным пикам происходят благодаря последовательным мутациям, а неровности дороги можно отнести к конкретным комбинациям мутаций, приобретённых на этом пути. Но как учёные могут предсказать маршрут к вершине горы?
«Если мы сможем выяснить, что произойдёт в будущем с живыми организмами, это будет иметь огромные последствия», — говорит Нгуен Ба.
Абстракция экспериментов, проведенных биологом UTM Алексом Н. Нгуен Ба. Credit: University of Toronto Mississauga
Как проходило исследование
В лаборатории UTM Нгуен Ба и его команда исследователей изучают генетические мутации в клетках и их влияние на эволюцию, используя технологии нового поколения. Среди этих технологий есть высокопроизводительный синтетический биологический проектировщик, который позволяет проектировать новые биологические системы или изменять существующие для исследовательских целей; робот размером со стол, который может обрабатывать многочисленные биологические образцы и другие.
Нгуен Ба начал исследование 5 лет назад, когда был научным сотрудником в лаборатории в университете Dharmsinh Desai. Там он сотрудничал с Кристофером Бейкерли, который стал соруководителем исследования. Вместе Нгуен Ба и Бейкерли использовали технологию редактирования генома — CRISPR, для изменения генов в клетках дрожжей, которые используются в исследованиях генной инженерии, так как имеют общие гены с человеческими.
Они работали с 10 миссенс-мутациями, которые представляли собой аберрации (отклонения) в коде ДНК, что изменяло производство аминокислот. Аминокислоты — строительные блоки жизни, представляющие собой молекулы, объединяющиеся в белки. Они выполняют функции от заживления ран до обеспечения энергией организм или выработки антител.
Процесс эксперимента включал тестирование всех возможных комбинаций этих мутаций, а всего их было 1024. Учёные хотели определить, как взаимодействия между генами влияют на выражение определённых генетических признаков.
Нгуен Ба начал исследование 5 лет назад, когда был научным сотрудником в лаборатории в университете Dharmsinh Desai. Там он сотрудничал с Кристофером Бейкерли, который стал соруководителем исследования. Вместе Нгуен Ба и Бейкерли использовали технологию редактирования генома — CRISPR, для изменения генов в клетках дрожжей, которые используются в исследованиях генной инженерии, так как имеют общие гены с человеческими.
Они работали с 10 миссенс-мутациями, которые представляли собой аберрации (отклонения) в коде ДНК, что изменяло производство аминокислот. Аминокислоты — строительные блоки жизни, представляющие собой молекулы, объединяющиеся в белки. Они выполняют функции от заживления ран до обеспечения энергией организм или выработки антител.
Процесс эксперимента включал тестирование всех возможных комбинаций этих мутаций, а всего их было 1024. Учёные хотели определить, как взаимодействия между генами влияют на выражение определённых генетических признаков.
Итоги учённых, меняющие представления о мутации
Нгуен Ба завершил финальный год исследования в UTM, где он анализировал и интерпретировал данные. Исследование показало, что эволюция часто — это проба генных мутаций с негативной синергией между ними. Это негативно влияет на эволюционный потенциал дрожжей, например, замедляя скорость их адаптации.
Полученные данные противоречат догме о том, что вся биологическая адаптация развивается предсказуемым образом из-за какого-то неизвестного биологического закона. Наоборот, комбинации мутаций, которые накопились за время — определяют будущий эволюционный потенциал организма.
Полученные данные противоречат догме о том, что вся биологическая адаптация развивается предсказуемым образом из-за какого-то неизвестного биологического закона. Наоборот, комбинации мутаций, которые накопились за время — определяют будущий эволюционный потенциал организма.
«Более того, — говорит Нгуен Ба, — это бросает вызов доминирующему в генетических исследованиях представлению о том, что мы должны изучать мутацию по одному гену зараз. Изучение мутаций в комбинациях может помочь нам понять болезни и привести к более точной медицине».
«Мы показываем это, чтобы иметь полное представление о том, как на самом деле ведут себя гены, — говорит исследователь. — Комбинации мутаций, вероятно, будут очень важны».
«Мы показываем это, чтобы иметь полное представление о том, как на самом деле ведут себя гены, — говорит исследователь. — Комбинации мутаций, вероятно, будут очень важны».
