Mokslininkai patalpino 500 milijonų metų senumo geną į šiuolaikinį organizmą

500 milijonų metų projektas vyksta Džordžijos technologijos instituto laboratorijoje. Naudojant paleo eksperimentinės evoliucijos metodą, Džordžijos technikos koledžo mokslininkai iš bakterijos atgaivino 500 milijonų metų senumo geną ir įterpė jį į šių dienų Escherichia coli (E. coli) bakteriją. Ši bakterija jau praaugo daugiau nei 1000 kartų, paskirdama mokslininkams pirmąsias vietas evoliucijos eigos stebėjime.

„Mes esame arčiausiai molekulinės gyvenimo kasetės atsukimo ir pergrojimo“, – teigė mokslininkas Betül Kaçar, NASA astrobiologijos postdoktorantūros mokslinės draugijos narys, iš Džordžijos technologijos instituto, NASA Ribosominių ištakų ir evoliucijos centro. „Galimybė stebėti labai seną geną moderniame organizme, jo vystymąsi šiuolaikinėje ląstelėje, leidžia mums sekti evoliucijos trajektorijos pasikartojimą, o galbūt ir gyvybės adaptavimąsi pasirenkant kitą kelią“.

Kaçar postdoktorantūros konsultantas, biologijos profesorius adjunktas Eric Gaucher 2008 m. sėkmingai nustatė senovinę elongacijos faktoriaus (EF-Tu) genetinę seką – svarbiausią baltymą E. coli bakterijoje. Elongacijos faktoriai yra vieni iš gausiausių proteinų bakterijose, aptinkami visose žinomose ląstelinio gyvenimo formose ir būtini bakterijoms išgyventi. Gyvybiškai svarbus proteino vaidmuo puikiai padėjo mokslininkams atsakyti į klausimus apie evoliuciją.

Po sunkios užduoties – senojo geno patalpinimo teisinga chromosomine tvarka ir padėties vietoj modernaus geno E. coli bakterijoje – įgyvendinimo, Kaçar pagamino aštuonias identiškas bakterines padermes ir leido „senajai gyvybei“ iš naujo vystytis. Šios chimeriškos bakterijos, susidedančios iš šiuolaikinių ir senovinių genų, išgyveno, bet augo maždaug du kartus lėčiau nei jų kopijos, kurios buvo sudarytos tik iš modernių genų. „Šis pakitęs organizmas nebuvo toks sveikas ar stiprus kaip jo šiuolaikinė versija, bent jau iš pradžių“, – teigė Gaucher. „Visa tai sukūrė puikų scenarijų, kuris leistų pakeistiems organizmams adaptuotis ir tapti labiau prisitaikiusiems aplinkoje, be kaupiamos mutacijos kiekvieną dieną“. Augimo tempas galiausiai padidėjo, ir, po pirmųjų 500 kartų, mokslininkai eilės tvarka sustatė visų aštuonių giminystės linijų genomas, siekiant nustatyti bakterijų prisitaikymą. Išaugo ne tik tinkamumo lygmuo, bet taip pat kai kurie iš pakeistų giminystės linijų, faktiškai, tapo sveikesni nei jų modernios kopijos.

Kai tyrinėtojai pažvelgė į viską iš arčiau, jie pastebėjo, kad kiekvienas EF-Tu genas nekaupė mutacijos. Vietoj to, modernūs baltymai, kurie sąveikauja su senoviniais EF-Tu genais bakterijų viduje, mutavo, ir visa tai tapo sparčios adaptacijos priežastimi. Trumpai tariant, senasis genas dar nemutavo taip, kad taptų panašesniu į savo moderniąją formą, bet bakterijos atrado naują evoliucijos trajektoriją prisitaikymui. Šie rezultatai buvo pristatyti neseniai vykusios NASA Tarptautinės astrobiologijos mokslo konferencijos metu. Mokslininkai toliau tęs naujų kartų tyrinėjimus, norėdami išsiaiškinti ar baltymai seks savo istoriniu vystymosi keliu, ar jie prisitaikys visiškai nauju keliu. „Mes manome, kad šis procesas leis mums atkreipti dėmesį į kelis senus evoliucinės ir molekulinės biologijos klausimus“, – teigė Kaçar. „Tarp jų, mes norime išsiaiškinti ar organizmo istorija riboja jo ateitį, ar evoliucija visada veda tik prie vieno, nubrėžto tikslo, ar evoliucija turi daugiau sprendimo variantų tam tikrai iškilusiai problemai“.