Новые гены из ничего

Шведские исследователи показали, как новые гены и функции, полезные для бактерий, могут отбираться из случайных последовательностей ДНК. Результаты опубликованы в журнале mBio.

Эксперимент с эволюцией de novo

Учёные исследовали механизм возникновения генов и белков de novo — из случайных последовательностей ДНК, не имеющих сходства с существующими генами. В качестве исходного материала использовалась библиотека из примерно 500 миллионов рандомизированных последовательностей генов.

Выявление полезной функции

Случайные последовательности генов помещали на плазмиду и сверхэкспрессировали в бактериях. Исследователи проверяли, могут ли эти последовательности придать бактериям определённое свойство, например, устойчивость к антибиотикам. Было обнаружено несколько коротких пептидов (длиной 22–25 аминокислот), способных обеспечить бактериям высокую степень устойчивости к аминогликозидам — важному классу антибиотиков.

«Когда проект начинался, наши ожидания были невысоки. Мы были поражены, обнаружив пептиды, способные повысить уровень устойчивости в 48 раз», — говорит ведущий автор работы доктор Майкл Кнопп.

Механизм действия

С помощью генетических и функциональных экспериментов учёные установили, что пептиды вызывают устойчивость, присоединяясь к бактериальным клеточным мембранам и влияя на протонный потенциал через мембрану. Нарушение протонного потенциала приводит к снижению поглощения антибиотика.

Значение исследования

«Это исследование важно, потому что оно показывает, что совершенно случайные последовательности аминокислот могут порождать новые, полезные функции, и что этот процесс эволюции de novo можно изучать экспериментально в лаборатории», — говорит профессор медицинской бактериологии Дан И. Андерссон.