Генетические мутации ускоряют сами себя

Группа биологов и генетиков под руководством профессора Ричарда Ленски (Richard Lenski) из Университета штата Мичиган (Michigan State University) опубликовала новые данные о своем масштабном проекте по выращиванию кишечной палочки. Оказалось, что генетические мутации со временем самоускоряются.

40 000 поколений одиночества

Эксперимент Ленски прост и сложен одновременно. В 1988 году он взял одну кишечную палочку (Escherichia coli), получил от нее 12 копий и рассадил их по разным емкостям с агаром. С тех пор он каждый день переносит каждую колонию в новую емкость с питательной средой, выдерживая их при постоянной температуре 37°С. Каждые 500 поколений он замораживали образцы при -80°С, надеясь на то, что в будущем появятся новые методы генетических исследований, которые расширят количество данных, получаемых из эксперимента. В общем-то так и произошло.

Переход количества в качество

В основу новой работы легли количественные генетические исследования. Основной результат -- процессы идут нелинейно. За первые 20 000 поколений в геноме обнаружилось всего 45 мутаций, а распределялись по времени они линейно. Медленно росла и приспособленность к окружающей среде. На следующие же 20 000 мутаций пришлось намного больше мутаций: их оказалось 643. Существенно возросла при этом и адаптивность кишечной палочки. Правда, ученые не уверены, что все эти мутации полезны. По всей видимости, существует определенная связь с тем, что в районе поколения № 26 000 появилась мутация, связанная с собственно жизнедеятельностью ДНК. После этого процесс образования новых мутаций пошел быстрее.

Для своей работы исследователи создали даже специальный тест, построенный на сравнении выживаемости обычной E. Coli и текущего поколения подопытных. Так, например, размножаются лабораторные палочки Ленски на 75% быстрее, чем их дикие собратья.

Другая еда

Предыдущим важным результатом работы стало появление новых пищевых пристрастий. Обычно E. Coli питается глюкозой. Однако на 33 127-м поколении в одной из емкостей исследователи обнаружили странные изменения в структуре агара. И решили разобраться, что там происходит. Оказалось, что бактерии начали питаться цитратами. Это соли лимонной кислоты, входящие в состав агара. Когда ученые решили разобраться, что же имело место, то обнаружили, что в поколении № 31 000 нужных особей нет, в поколении № 31 500 их было 0,5%, еще через 1000 поколений их доля возросла до 15%, однако к 33 000-му поколению они практически исчезли. Тем более неожиданным оказалось, что еще через 500 поколений они доминировали почти полностью.

По мнению исследователей, данное наблюдение показывает, что для выживания важна не одна мутация, а их комплекс. Когда появилось свойство питаться цитратом (обычная кишечная палочка не может протащить эту большую молекулу через свою мембрану), само по себе оно не могло иметь решающее преимущество над поедателями глюкозы, которую ученые день за днем, год за годом вносят в фиксированном количестве в образцы. Но потом появилось еще какое-то свойство, которое помогло одержать победу поедателям цитратов.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature.