Pode-se aumentar as chances de sucesso de mutação?

Em 1944, o aspirante-um geneticista da universidade de Columbia Evelyn Виткин cometeu um erro fortuito. Em sua primeira experiência em um laboratório de Cold Spring Harbor, em Nova Iorque, ela acidentalmente облучила milhões intestinais palitos mortal dose de luz ultravioleta. Ao voltar no dia seguinte para verificar se as amostras, ela descobriu que o que eles estão todos mortos. Com exceção de um, no qual quatro bacteriana de células sobreviveram e continuaram a subir. De alguma forma, essas células foram capazes de lidar com a luz uv-radiação. Para Виткин tornou-se bem sucedida de uma coincidência e que todas as células desta cultura tem exatamente a mutação, que os ajudou a sobreviver — tão boa, que ela não tinha mais certeza se era coincidência em geral.

Ao longo dos próximos vinte anos Виткин, tentando compreender como e por que surgiram esses mutantes. Seus estudos levaram a assim chamada SOS-resposta, o mecanismo de recuperação do DNA, que usam as bactérias, quando seus genomas danificada; durante a recuperação de dezenas de genes tornam-se ativos, e a taxa de mutação aumenta. Estas mutações mais frequentemente prejudiciais do que úteis, mas eles permitem adaptar-se, por exemplo, à luz uv ou antibióticos.

Desde então, alguns biólogos evolucionários atormentado pergunta: se a natureza de tal ordem? Se o respingo de mutações apenas secundário conseqüência do processo de recuperação, em sua essência, livre de erros? Ou, como afirmam alguns pesquisadores, o aumento na taxa de mutação é evolutivo de adaptação, que ajuda as bactérias mais rápido de se desenvolver em condições de estresse?

Científica a tarefa não é somente para demonstrar de forma convincente, que a dura ambiente chama неслучайные mutação. E também a certeza de encontrar o mecanismo de trabalho, compatível com o resto da biologia molecular, que poderia fazer sucesso mutações mais prováveis. Várias ondas de pesquisa de bactérias e mais complexos organismos tentou encontrar respostas para essas perguntas há décadas.

A Última, e talvez a melhor resposta — o que explica alguns tipos de mutações, enfim, — surgiu a partir de estudos de levedura, como relatado em junho na revista PLOS Biology. Um grupo de cientistas liderado por Jonathan Хаусли, especialista em biologia molecular e genética, no Instituto de Бабрахама na universidade de Cambridge, propôs um mecanismo que faz com que mais de mutações do genoma da levedura nas regiões em que poderá tornar-se mais flexíveis.

"É uma maneira totalmente nova, com o qual o ambiente pode afetar o genoma e a permitir que se adaptar, se necessário. Esta é uma das mais visadas processos que vimos", diz Philip Hastings, um professor molecular e de genética humana na faculdade de medicina Baylor, não participou da participação em experiências de um grupo de Хаусли. Outros cientistas apoiaram este trabalho, mas com a ressalva de que a polêmica idéias necessitam de um maior apoio em fatos.

o Aumento da diversidade do genoma

"ao Invés de fazer muito ampla a questão sobre o tipo de "sempre se mutações aleatórias?", eu decidi recorrer a mais механистическому abordagem", diz Хаусли. Ele e seus colegas chamaram a atenção em especial tipo de mutação sob o nome de variações no número de cópias. O DNA geralmente contém muitas cópias avançadas de seqüências de pares de bases ou até mesmo inteiras de genes. O número exato pode variar de indivíduo para indivíduo, porque quando as células dividem seu DNA até a divisão de células, erroneamente podem ser inseridos ou removidos cópias de seqüências de genes. Tem pessoas, por exemplo, 5 a 10% do genoma demonstram variações no número de cópias de pessoa para pessoa — e, às vezes, essas variações se associam com o câncer, diabetes, autismo e de uma variedade de distúrbios genéticos. Хаусли suspeitam que pelo menos em alguns casos, esta variação no número de genes pode ser a resposta ao estresse ou perigo no ambiente.

No ano de 2015 Хаусли e seus colegas descreveram o mecanismo pelo qual as células de levedura, parece que recebiam mais a variação do número de cópias de genes relacionados com a ribosomes, partes de células, que sintetiza proteínas. No entanto, eles não provaram que este aumento foi proposital adaptável a resposta de alteração ou restrição no celular ambiente. No entanto, eles perceberam que o fermento fazem mais cópias рибосомных de genes, quando de nutrientes em abundância, bem como a obtenção de proteína pode ser maior.

Então, Хаусли decidiu verificar se os mecanismos similares de influenciar diretamente genes, активируясь o perigo das alterações do meio ambiente. Em seu trabalho de 2017, juntamente com a equipe, ele se concentrou em CUP1, o gene que ajuda a resistir ao fermento tóxico influências de cobre. Eles descobriram que quando as leveduras são expostos para o cobre, a variação do número de cópias CUP1 em células crescem. Em média, na maioria das pilhas menos de cópias deste gene, mas as células de levedura compramos mais — cerca de 10% do total da população — e tornaram-se resistentes ao cobre, permitindo que começaram a florescer. "Um pequeno número de células, que fez tudo certo, encontraram-se em tal benefício, que foram capazes de superar todos os outros".

Mas essa mudança por si só não significa muito: se o bronze no meio ambiente causando mutações, alteração da variação do número de cópias CUP1 poderia ser nada mais do que a consequência mais alta velocidade de mutação. Para excluir esta possibilidade, os pesquisadores enganador utilizaram o gene CUP1, para que ele reagiu à inofensivo, não мутагенный açúcar, galactose, em vez de cobre. Quando alterados leveduraas células foram expostas a galactose, a variação do número de cópias também mudou.

As Células, parece que orientaram mais variações no lugar certo no genoma, onde aqueles seriam úteis. Depois de passar mais de trabalho, os cientistas identificaram os elementos biológicos mecanismo, de pé, por trás do fenômeno. Era sabido que quando as células replicam seu DNA, o mecanismo de replicação, por vezes, pára. Normalmente, o mecanismo pode ser reiniciado e continuar o trabalho no lugar onde parou. Quando ele não pode, a pilha de volta no início de replicação, mas, às vezes, acidentalmente exclui a seqüência de genes ou faz para obter uma cópia. Isso leva a uma rotina de variação do número de cópias. Mas Хаусли e sua equipe chegaram à conclusão de que a combinação de fatores faz com que esses erros de cópia provavelmente surpreender os genes que estão ativamente respondem ao estresse do ambiente, e, portanto, e é provável que demonstram a variação do número de cópias.

Palavra-Chave, aqui, é a de que esses efeitos estão concentrados nos genes, reagindo sobre o meio ambiente, e que eles podem dar seleção natural, recursos adicionais para ajustar os níveis de expressão de genes que são ideais em relação a determinados problemas. Os resultados, como parece, são dados experimentais sobre o fato de que um ambiente sofisticado pode estimular as células para controlar essas alterações genéticas, que o máximo de melhorar a sua forma. Eles também podem assemelhar-se obsoletos додарвинские idéias do naturalista francês Jean-Baptista Ламарка, que acreditava que os organismos evoluem durante a transmissão adquiridas no ambiente das características de sua descendência. Хаусли afirma que esta semelhança é apenas superficial.

"Nós identificamos um mecanismo que originou todo o processo de seleção darwiniana de mutações aleatórias e que estimula a неслучайные mutações no úteis lugares", diz Хаусли. "Não é ламарковская adaptação. Tudo isso só leva o mesmo, mas sem os problemas relacionados com ламарковской adaptação".

Adaptável a mutação e a controvérsia

A Partir de 1943, quando o microbiologista Salvador Luria e биофизик Max Delbrück demonstraram um experimento que deu o prêmio nobel a cientistas, em que a mutação de escherichia coli ocorreram por acaso, monitorar o SOS-resposta em bactérias, gradualmente, forçado biólogos a pensar se nesta regra, ser importantes retiro. Por exemplo, no controverso trabalho publicado na Nature em 1988, John Cairns de Harvard, e sua equipe descobriram que quando eles colocaram bactérias, que não переваривали lactose no ordenha do saara, na quarta-feira, em que o açúcar era a única fonte de alimento, logo células tem a capacidade de transformar a lactose em energia. Cairns afirmou que este resultado mostra que células foram mecanismos que lhes permitam produzir seletivos de mutações que eles encontraram úteis.

A prova Experimental desta ideia provou ser insuficiente, mas alguns biólogos inspiraram a se tornar defensores dos mais amplo, a teoria da mutação adaptativa. Eles acreditam que, mesmo se as células não podem guiar precisas de mutação, em certas condições, eles podem adaptar-se, elevando a taxa de mutações e contribuindo para mudanças genéticas.

A equipe de Trabalho Хаусли, parece que se encaixam perfeitamente nessa teoria. Você levedura de um mecanismo de "sem escolha, diante de um mecanismo, que diz o seguinte: eu tenho que sofrer mutações neste gene, para resolver o problema", diz Patricia Foster, um biólogo da Universidade de Indiana. "Isso mostra que a evolução pode acelerar".

Hastings de Baylor concordo com ela e comemorando o fato de que o mecanismo de Хаусли explica por que mais mutações não ocorrem por todo o genoma. "A necessidade de reescrever o gene para que isso aconteça".

A Teoria da adaptação de mutações, no entanto, малоприемлема para a maioria dos biólogos, e muitos são céticos em relação ao original experiências de Cairns e o novo — Хаусли. Eles afirmam que, mesmo se a mais alta taxa de mutação permite adaptar-se à pressão ambiente, provar que o aumento da taxa de mutações é por si só uma adaptação à pressão, de forma convincente, será muito difícil. "Esta é a interpretação atraente em um nível intuitivo", diz John Boca, genéticas e microbiologista da universidade da Califórnia, em Davis, "mas ela não me parece correta. Eu não acredito que esses exemplos causada pela pressão de mutação estão corretas. Podem ser outras, não mais óbvias explicar esse fenômeno".

"Acho que o trabalho Хаусли é linda e é adequado a uma disputa de mutação adaptativa", diz Paul Снеговски, biólogo da Universidade da Pensilvânia. "Mas ela é apenas uma hipótese". Para confirmar isso com confiança, "terá de verificar, assim como fazem os biólogos evolutivos" — criando um modelo teórico e definindo a adaptive мутируемость se desenvolver em um período de tempo razoável e, em seguida, em certas populações de organismos em laboratório de implementar este mecanismo.

Apesar do ceticismo, Хаусли e sua equipe persistente em seus estudos e considerá-los necessários para a compreensão do cancro e outros ensaios de problemas. "O desenvolvimento de câncer, резистентного à quimioterapia, é comum e é um sério obstáculo para o tratamento desta doença", diz Хаусли. Ele acredita que a quimioterapia e a outro a pressão exercida sobre o tumor, podem incentivar o tumor para outras mutações, incluindo a produção de resistência aos medicamentos.

"Estamos trabalhando ativamente", diz Хаусли, "masainda está por vir".

Por material Quanta