Выводы получены из нового исследования, проведенного группой ученых из США и Бразилии. Они лишили клетку всех генов, кроме ее основных, чтобы увидеть, может ли она все еще развиваться.
Даже лишенные почти всех генов бактерии могут эволюционировать: невероятное открытие
Исследователи утверждают, что даже очень скромная клетка, содержащая всего 493 гена, может мутировать и адаптироваться, чтобы улучшить свою приспособленность. Это является критическим шагом в сохранении и стабильности жизни, который недавно был продемонстрирован в лаборатории.
Getty images
Клетка представляет собой искусственно обтекаемую версию Mycoplasma mycoides — паразитической бактерии, обитающей в кишечнике коз и других жвачных животных. Со временем, когда этот паразит стал полагаться на своего хозяина для выживания, он за ненадобностью утратил многие из своих первоначальных генов. Сегодня в его геноме остался всего 901 генов, что ничтожно мало по сравнению с тысячами генов, кодирующих белки многих других видов бактерий, или даже десятками тысяч генов растений и животных.
Когда ученые синтетическим путем удалили еще 41% генов M. mycoides, оставив все последовательности, кроме наиболее важных, они тем самым создали свободноживущую клетку с наименьшим геномом среди всех организмов, выращенных в чистой культуре. По словам биолога Джея Леннона из Университета Индианы, отредактированная бактерия, названная M. mycoides JCVI-syn3B, представляет собой костяк того, что необходимо клетке для выживания.
Но даже этот «скелет» способен на большее, чем может показаться на первый взгляд.
Электронная микрофотография скопления синтетических клеток Mycoplasma mycoides, увеличенная в 15 000 раз
«Мы можем упростить [клетку] до самого необходимого, — объяснил Леннон, — но это не мешает эволюции работать».
Когда Леннон и его коллеги позволили M. mycoides JCVI-syn3B расти в лаборатории в течение 300 дней (что эквивалентно 2000 бактериальным поколениям), они обнаружили исключительно высокую частоту мутаций для такой простой клетки. По сравнению с первоначальным M. mycoides, этот новый штамм эволюционировал на 39% быстрее, восстанавливая всю приспособленность, которую он утратил, когда исследователи искусственно удалили многие из его генов.
Помещенные в ту же пробирку, что и другие «минимальные клетки», которые не развивались в течение 300 дней, эволюционировавшие клетки превзошли других, захватив верх и став более доминирующим штаммом. Он явно лучше подходил для своего окружения.
«Наши результаты показывают, что естественный отбор может быстро повысить приспособленность одного из простейших автономно растущих организмов», — пишут Леннон и его коллеги.
Теоретически, чем больше клетка, тем больше сложных паттернов она может содержать. Удивительно, но эволюционировавшие клетки не увеличились в физическом размере. Исследователи подозревают, что это связано с тем, что половина ее мембранных белков была удалена, а это означает, что клетке не хватало ресурсов для увеличения своего объема.
Хотя остается еще много нюансов для исследования, включая то, какие гены эволюционировали и почему, результаты показывают, что естественный отбор достаточно силен, чтобы оптимизировать даже самые простые одноклеточные организмы.