00:04 2024-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Este evoluția previzibilă? Studiul de adaptare bacteriană încearcă să răspundă la această întrebare
_ Este evoluția previzibilă? Studiul de adaptare bacteriană încearcă să răspundă la această întrebare
O întrebare clasică în biologie este dacă evoluția este în întregime aleatorie sau dacă poate urma modele previzibile. Această întrebare a fost popularizată de celebrul paleontolog și comunicator științific Stephen Jay Gould, care în cartea sa „Viața minunată” s-a întrebat ce s-ar întâmpla dacă am putea „rebobina” banda vieții și l-am lăsa să ruleze din nou. Grupurile filogenetice majore ar reapariția sau s-ar întâmpla ceva cu totul diferit?
Un studiu internațional condus de Alejandro Couce de la Centrul pentru Biotehnologie și Genomică a Plantelor (CBGP) de la Universitatea Politehnică din Madrid încearcă să răspundă această întrebare, folosind ca exemplu adaptarea bacteriană. Rezultatele au fost publicate pe 26 ianuarie în revista Science.
Cercetarea pune în lumină această întrebare clasică analizând comportamentul evolutiv al populațiilor experimentale de bacterii și valorificând capacitățile analitice oferite de la scară largă, de tăiere. instrumente genetice de vârf. Rezultatele arată că evoluția bacteriilor poate fi previzibilă pe termen scurt, deschizând porțile eforturilor de a anticipa evoluția agenților patogeni și dăunătorilor, precum și potențiale aplicații biotehnologice pentru controlul acestora.
Studiul a presupus colaborarea. cu Universitatea din Paris (Franța), Institutul Național de Sănătate și Cercetare Biomedicală (Franța), Universitatea Harvard (S.U.A.), Universitatea din Michigan (S.U.A.) și Colegiul Imperial din Londra (Regatul Unit).
Obiectivul principal al cercetătorilor a fost să studieze dacă efectul mutațiilor rămâne invariant pe parcursul adaptării sau dacă arată o dependență istorică semnificativă. De exemplu, dacă o mutație benefică a strămoșului devine dăunătoare la descendenți și invers.
„Răspunsul la această întrebare are implicații profunde, cea mai mare fiind despre predictibilitatea evoluției”, explică Alejandro Couce, care conduce un laborator care studiază genetica evoluționistă acum la UPM.
Pentru a implementa acest studiu ambițios, cercetătorii au folosit o tehnologie masivă recentă de inginerie genetică care permite introducerea a sute de mii de mutații în bacterii, studiind efectul individual al fiecăreia. individual. „Această tehnologie permite explorarea efectului, fie el bun sau rău, al tuturor mutațiilor posibile de-a lungul celor >4.000 de gene ale genomului bacterian”, adaugă Couce.
În munca lor, cercetătorii au aplicat aceste tehnici strămoșului și diferite stadii evolutive ale faimosului experiment de evoluție pe termen lung, care a evoluat de peste 35 de ani 12 populații ale aceleiași bacterii în condiții constante de laborator. În total, aceste populații fondate din același strămoș au experimentat > 70.000 de generații, aproximativ de cinci ori mai multe decât Homo sapiens a trăit pe Pământ.
Prima surpriză semnificativă a acestui nou studiu este că proporția totală de letale. , mutațiile dăunătoare și neutre rămân practic constante pe parcursul evoluției acestor 12 linii, în ciuda identității specifice a mutațiilor care prezintă o mare volatilitate.
Pentru cercetători, un caz de importanță deosebită este mutațiile letale: mutațiile care, după cum sugerează și numele, duc la moartea organismului, dezvăluind care gene și sisteme sunt esențiale pentru viață. Rezultatele arată că multe gene letale ale strămoșului încetează să fie letale în tulpinile evoluate, dar o fracțiune similară a mutațiilor neletale ale strămoșului devine letală mai târziu. Rezultatul, după cum explică Couce, este că „fracțiunea mutațiilor letale a rămas în mod enigmatic constantă în timpul evoluției”.
Această constanță necesită regândirea modelelor conceptului de genom minim și are implicații practice atât în biotehnologie (crearea de bacterii sintetice) și medicină (căutare ținte pentru antibiotice care rămân constante pe termen lung).
Celalalt rezultat major al studiului se refera la mutatiile benefice. Aceste mutații reprezintă cea mai puțin abundentă clasă de efecte posibile și sunt singurele a căror proporție se modifică pe parcursul adaptării.
„Am început cu o abordare aproape filozofică: dacă am putea cunoaște toate mutațiile benefice posibile pentru un organism la un dat timp, am putea prezice adaptarea?” spune cercetătorul UPM. „Poate fi văzută ca o versiune biologică a Demonului lui Laplace, experimentul de gândire în care celebrul fizician francez s-a întrebat dacă pentru o inteligență supraomenească capabilă să cunoască poziția și mișcarea fiecărui atom din univers, nu ar fi banal să reconstruim trecut și prezice viitorul."
"Rezultatele noastre arată că adaptările inițiale majore sunt previzibile și, pe măsură ce evoluția progresează, această abilitate se pierde", explică el. „Cu alte cuvinte, demonul există, dar este teribil de miop.”
Deoarece adaptările inițiale majore fac diferența între supraviețuire și dispariție, rezultatele obținute în acest macro-studiu oferă un „impuls” eforturilor de a prezice evoluția agenților patogeni. Acest lucru poate fi aplicat, de exemplu, bacteriilor cu rezistențe multiple la antibiotice sau noilor virusuri pandemice sau dezvoltării de noi metode de control al bolilor în agricultură.
În plus, acestea demonstrează că aceste noi tehnici masive de inginerie genetică ar putea poate fi folosit pentru a dezvolta microbi adaptați la diferite cerințe sau aplicații în timp record. De exemplu, ar fi posibil să se proiecteze bacterii care să protejeze plantele de alți agenți patogeni sau bacterii care produc sau degradează compușii de interes mai eficient.
„Lucrarea noastră deschide ușa pentru a visa că o teorie a evoluției capabilă să realizarea de predicții concrete este posibilă, chiar dacă doar la nivel statistic, așa cum este cazul științei climatice”, conchide Couce.
Comentarii:
Adauga Comentariu