Alabilirim şansını artırmak için başarılı bir mutasyon?

1944 yılında yüksek lisans öğrencisi-genetikçi Columbia üniversitesi Evelyn Виткин yaptı, rastgele bir hata. Sırasında yaptığı ilk deney laboratuvarı Cold Spring Harbor, New York o yanlışlıkla облучила milyonlarca bağırsak sopa ölümcül bir doz ultraviyole ışık. Döndükten sonra ertesi gün kontrol etmek için bir örnek, o keşfetti onlar öldü. Biri hariç, hangi dört bakteriyel hücre hayatta ve devam büyüme. Bir şekilde bu hücreler ile başa çıkmak için ultraviyole ışınlama. İçin Виткин oldu, şanslı bir tesadüf ve tüm hücreleri bu kültür var tam olarak aynı mutasyon için onlara yardımcı olan bir hayatta o kadar başarılı, o tereddüt etti, bu bir tesadüf aslında.

önümüzdeki yirmi yıl Виткин anlamaya çalışıyorum, neden ve nasıl ortaya çıktı bu mutantlar. Onun araştırma sonuçlandı sözde SOS-cevap, kurtarma mekanizması DNA kullanan bakteriler, onların genleri kendilerini bozuk; bu sırasında kurtarma onlarca gen aktif hale geliyor ve hız mutasyon yükselir. Bu mutasyon genellikle zararlı daha yararlıdır, ama onlar uyum sağlar, örneğin, ultraviyole ışık ya da antibiyotik.

O zamandan beri, bazı evrimsel biyologlar işkence soru: destekler mi doğa böyle bir düzen? Olup olmadığını bir sıçrama mutasyonlar gibi sekonder sonucu geri yükleme işlemi, özünde altındaki hatalara? Ya da iddia ettiği gibi bazı araştırmacılar, artan bir hızda mutasyon — bu evrimsel adaptasyon yardımcı olan bakteriler daha hızlı geliştirmek için stresli koşullar altında?

Bilimsel bir meydan okuma değil sadece, kesin olarak göstermek için sert çarşamba neden неслучайные mutasyon. Ve aynı zamanda bulmak için çalışma mekanizması, geri kalanı ile uyumlu moleküler biyoloji-ebil yapmak iyi bir mutasyon daha olası. Farklı dalga bakteri araştırma ve daha karmaşık organizmalar bulmak için çalıştı bu soruların cevapları yıllardır.

Son ve belki de en iyi cevabı açıklayan bazı türler, mutasyonlar, neyse — çıktı çalışmaları maya olarak rapor haziran ayında PLOS Biology. Liderliğindeki bir grup bilim adamı Jonathan Хаусли, uzman moleküler biyoloji ve genetik Enstitüsü Бабрахама Cambridge, önerilen mekanizma, neden daha fazla mutasyon genom maya bölgeler için olabilir en uyarlanabilir.

«Bu tamamen yeni bir yol, hangi ile çevre etkileyebilir genom ve izin adapte gerekirse. Bu en yönelik süreçleri gördük,» diyor Philippe Hastings, profesör moleküler ve insan genetiği Tıp fakültesi, Baylor, принимавший katılım deneylerde bir grup Хаусли. Diğer bilim adamları tarafından desteklenen bu işi, ama ihtar ile, ne tartışmalı fikirler gerektirir daha fazla destek vereceğim.

Artan çeşitli genom

«bunun Yerine soru çok geniş bir soru türüne göre «her zaman rastgele mutasyonlar?», karar verdim başvurmak daha механистическому bir yaklaşım», diyor Хаусли. O ve arkadaşları dikkat çekmişlerdir özel bir tür mutasyon denilen kopya sayısı varyasyonları. DNA genellikle içerir birçok kopya genişletilmiş dizileri, baz çifti veya hatta tüm genler. Kesin bir sayı değişebilir bireyin tek tek ele alacağız, çünkü ne zaman hücreleri bölmek onun kadar DNA hücre ayrılık, yanlışlıkla eklenebilir veya kaldırılabilir kopya gen dizileri. İnsanlar, örneğin, 5-10% genom varyasyon göstermektedir kopya sayısı kişiden kişiye ve bazen bu varyasyonları ile ilişkilidir kanser, diyabet, otizm ve pek çok genetik bozukluklar. Хаусли şüpheleniyor, en azından bazı durumlarda, bu varyasyon gibi genlerin bir cevap olabilir stres veya tehlike çevre için.

2015 yılında Хаусли ve arkadaşları tarif mekanizması sayesinde hangi maya hücreleri gibi görünüyor, alınan ek varyasyonları kopya sayısı genlerinde ile ilgili рибосомами, bölümleri hücre, bir protein sentezler. Ancak, onlar olduğunu kanıtlamıştır artış oldu hedefli adaptif cevap bir değişiklik ya da sınırlama hücre ortamında. Ancak onlara öyle geldi ki, maya yapmak ve daha fazla kopya рибосомных genlerin ne zaman besinlerin bolca ve ihtiyaç edinme protein yüksek olabilir.

Bu Nedenle, Хаусли test etmeye karar verdim, olacak mı bu tür mekanizmaları doğrudan etkileyen genler, активируясь tehlikeli değişiklikler çevre. İşlerinde 2017 ekibi ile birlikte o üzerinde duruldu CUP1, gen, yardımcı olan дрожжам karşı toksik etkilere karşı bakır. Onlar, anladım ki zaman maya maruz bakır, kopya sayısı varyasyonları CUP1 hücrelerinde büyür. Ortalama olarak çoğu hücre daha az kopya bu genin, ama maya hücreleri satın almış, daha fazla — yaklaşık %10, toplam nüfus ve çelik dirençli bakır sayesinde gelişmeye başladı. «Küçük bir hücre sayısı, yapılan her şey doğru, olduğu bu avantaj, mümkün olduğu aşmak için herkes».

Ama bu değişikliği kendisi değil, anlamı çok: eğer bakır çevre yönetimleri, mutasyon, değişim varyasyonları kopya sayısı CUP1 olabilir en fazla sonucu daha yüksek bir hızda mutasyon. Ortadan kaldırmak için bu fırsatı araştırmacılar kurnazca yeniden tasarladık gen CUP1 için o tepki zararsız, hiçbir mutajenik şeker, galaktoz, yerine bakır. Ne zaman değiştirilmiş mayahücreleri maruz galaktoz, varyasyon kopya sayısı da değişti.

Hücre görünüyor, gönderilen daha fazla varyasyon, doğru yere genom, o yararlı olacaktır. Geçirdikten sonra daha fazla çalışma, bilim adamları ettik öğeleri biyolojik mekanizması, ayakta duran bir bu olay. Bilinmektedir ki, hücre çoğaltma kendi DNA çoğaltma mekanizması bazen durur. Genellikle mekanizma yeniden başlatılabilir ve çalışmaya devam etmek için bir yerde durdu. O değil, hücre döner bir başlangıç çoğaltma, ancak bazen yanlışlıkla siler dizisi genlerin herhangi bir ek kopyalarını. Bu yol normal bir varyasyon kopya sayısı. Ama Хаусли ve ekibi sonuca faktörlerin bir kombinasyonu neden olur, bu kopyalama hatası büyük ihtimalle etkiler genlerin aktif olarak yanıt stres tarafından çevre anlamına gelir ve büyük bir olasılıkla göstermektedir varyasyon kopya sayısı.

Bir Anahtar burada, bu etkileri üzerinde duruldu genler, duyarlı, çevreye, ve onlar-ebilmek vermek doğal seçimi ek özellikler için ince ayar seviyeleri gen ekspresyonu edecek en uygun ile ilgili belirli sorunları vardır. Görünür sonuçları, f deneysel veriler hakkında ne karmaşık bir ortamda teşvik hücreleri kontrol etmek için, bu genetik değişikliklerin, imkanlar geliştirmek, onların şekil. Onlar da hatırlatan eski додарвинские fikirleri fransız doğabilimci Jean-Baptista Lamarck, bir düşündüm ki canlılar evrim geçirir aktarırken, satın alınan çevre özellikleri onun yavrular. Хаусли aynı iddia bu benzerlik sadece yüzeysel.

«Biz tespit mekanizması, ortaya çıkan bütün sürecinde darwinci seçimi rastgele mutasyonlar ve uyarır неслучайные mutasyon yararlı alanlar», diyor Хаусли. «Bu ламарковская uyarlaması. Bu sadece yol, aynı, ama, herhangi bir sorun olmadan ile ilgili ламарковской adaptasyon».

Adaptif mutasyon ve anlaşmazlıklar

1943 tarihinde, zaman, mikrobiyolog Salvador Luria ve biyofizikçi Max Delbrück gösterdi deney, barışçıl bir nobel ödülü bilim adamı, hangi mutasyon e. coli meydana gelen kaza, gözlem SOS-cevap, bakteri yavaş yavaş zorla biyologlar düşünmek olabilir mi bu kural olması önemli bir geri çekilme. Örneğin, tartışmalı çalışma, Nature dergisinde yayınlanan, 1988 yılında, John Cairns, Harvard ve ekibi keşfetti zaman, onlar koyduk bakteri değil переваривали laktoz süt şeker, çarşamba günü, hangi şeker tek besin kaynağı, kısa bir süre hücre var yeteneği dönüştürmek laktoz enerji. Cairns iddia bu sonuç gösteriyor ki, hücre vardı mekanizmalar üretmek için onlara örnek mutasyonlar bulurlar yararlı.

Deneysel teyidi, bu düşüncenin yetersiz olduğu ortaya çıktı, ama bazı biyologlar bomba etkisi yarattı. olmak destekçileri daha geniş bir teorisi adaptif mutasyon. Onlar bile hücreleri yönlendirmek doğru bir mutasyon, belirli koşullar altında, onlar uyum, daha hızlı mutasyon ve teşvik genetik değişiklikler.

Takım Çalışması Хаусли, görünüşe göre mükemmel bir uyum içinde bu teoriyi. Ben mayalı mekanizması «seçim yok, önünde duran bir mekanizma okur: ben bu gen mutasyona sorunu çözmek için,» diyor Patricia Foster, biyolog, Indiana Üniversitesi. «Bu da gösteriyor ki, evrimini hızlandırabilir».

Hastings, Baylor ona katılıyorum ve notlar gerçeği mekanizması Хаусли açıklar neden daha fazla mutasyon meydana çapında genom. «Yeniden yazmak zorunda gen için bu oldu».

Teorisi, adaptif mutasyonlar, ancak, малоприемлема çoğu biyologlar, ve bunların çoğu şüpheci, orijinal deneyler Cairns ve yeni — Хаусли. İddia bile daha yüksek hız mutasyonlar uyum sağlar basınca çevre kanıtlamak, daha hızlı mutasyon, kendisi adaptasyon basınç, kesin çok zor olacak. «Bu yorum, cazip, sezgisel düzeyde,» diyor Jon Roth, bir genetikçi ve bir mikrobiyolog, university of California Davis, «ama bana o değil gibi görünüyor, doğru. Ben inanıyorum ki, bu örnekleri neden olduğu basınç mutasyonlar doğru. Başkaları da olabilir, en belirgin bu olguyu açıklamak».

«Bence işin Хаусли güzel ve uygun bir anlaşmazlık hakkında adaptif mutasyon», diyor Paul Снеговски, biyolog, Pennsylvania Üniversitesi. «Ama o sadece bir hipotez». Onaylamak için onu güvenle, «kontrol etmek gerekir onu yapmak gibi, evrimsel biyologlar» oluşturarak teorik modeli ve tanımlayarak, bu adaptif мутируемость geliştirmek makul bir süre sonra, belirli bir nüfus organizmaların laboratuvar uygulamak bu mekanizma.

Rağmen, şüpheciler, Хаусли ve ekibi, sürekli araştırma ve onları kabul için gerekli anlayış, kanser ve diğer biyomedikal sorunlar. «Kanser gelişimi, dahil olmak üzere, kemoterapi, yaygın ve ciddi bir engel olduğunu, bu hastalığın tedavisi için,» diyor Хаусли. O inanıyor, kemoterapi ve başka bir basınç uygulanan tümör, teşvik edebilir tümör daha da mutasyonlar da dahil olmak üzere üretimini ilaçlara direnç.

«Biz aktif olarak çalışıyoruz,» diyor Хаусли, «amahala önümüzde».

malzemeler Quanta