Время в колбе: учёные наблюдают эволюцию в реальном времени

21-летний эксперимент Университета штата Мичиган (MSU), который воспроизводит суть эволюции в лабораторных колбах, не только демонстрирует естественный отбор в действии, но и может привести к достижениям в биотехнологии и медицинских исследованиях.

Профессор MSU Ричард Ленски и его коллеги задокументировали этот процесс, проанализировав 40 000 поколений бактерий. Результаты опубликованы в международном научном журнале Nature.

Ленски начал выращивать культуры быстро размножающихся одноклеточных бактерий E. coli в 1988 году. Его команда периодически замораживала образцы для последующего изучения. К моменту достижения 20 000 поколений исследователи обнаружили 45 мутаций среди выживших клеток. Согласно теории Дарвина, эти мутации должны были дать преимущество, и это подтвердилось.

Результаты «красиво подчёркивают последовательность мутационных событий, которые позволили этим организмам подниматься ко всё более высокой эффективности в их среде», — отметил молекулярный генетик Доминик Шнайдер.

Сложная связь между геномом и адаптацией

Эксперимент показал, что связь между геномной и адаптивной эволюцией сложна. «Геном эволюционировал с удивительно постоянной скоростью, даже когда адаптация бактерий сильно замедлилась. Но затем внезапно скорость мутаций резко возросла, и установились новые динамические отношения», — заключил Ленски.

Мутация, связанная с метаболизмом ДНК, возникла около поколения 26 000, что привело к резкому увеличению скорости мутаций во всём геноме. К 40 000 поколению число мутаций подскочило до 653, но учёные полагают, что большинство поздних мутаций не были полезны для бактерий.

Практическое значение для медицины и биотехнологий

Мутации генов, участвующих в репликации ДНК человека, связаны с некоторыми видами рака. Многие закономерности, наблюдаемые в эксперименте, также встречаются при определённых микробных инфекциях. «А прогрессирование рака — это принципиально схожий эволюционный процесс, — отметил соавтор Джеффри Баррик. — Поэтому то, что мы узнаём здесь, может помочь нам лучше понять течение этих болезней».

Исследование «не только полезно для понимания темпа и способа эволюции, но и может служить хорошей основой для практического применения в биотехнологии, например, для улучшения характеристик или продуктивности промышленного штамма», — сказал руководитель группы геномики Джихюн Ким.

Эксперимент MSU продолжается. «Как и во многих научных работах, наше исследование отвечает на некоторые вопросы, но поднимает множество других», — сказал Ленски.