Самые подробные данные о процессах мутации ДНК в организме

Биологи и информатики из Университета Индианы получили одни из самых обширных данных о процессах мутации в последовательности ДНК организма, выявив важную новую эволюционную информацию о молекулярной природе мутаций и скорости их возникновения.

Проанализировав точные геномные изменения в модельном прокариоте Escherichia coli, который прошел более 200 000 поколений роста в отсутствие естественного отбора, команда под руководством профессора Патрисии Л. Фостер обнаружила, что спонтанные темпы мутаций в ДНК E. coli оказались в три раза ниже, чем считалось ранее.

Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, также показывает, что белки репарации ошибочно спаренных нуклеотидов (mismatch repair), которые проверяют вновь реплицированную ДНК, не только поддерживают низкий уровень мутаций, но и могут поддерживать баланс содержания пар гуанин-цитозин к аденин-тимин в геноме. Гуанин-цитозин и аденин-тимин — это азотистые основания, которые связываются между противоположными цепями ДНК, образуя «ступеньки» двойной спирали.

В параллельном эксперименте по накоплению мутаций с использованием штамма с дефектом системы репарации (где частота мутаций возросла более чем в 100 раз) исследователи проанализировали почти 2000 мутаций. Они обнаружили, что эти мутации были сильно смещены в сторону изменения пар оснований аденин-тимин в пары гуанин-цитозин — противоположно тому, что наблюдается у нормальных бактерий.

Хромосома E. coli

«Молекулярный спектр спонтанных замен пар оснований почти у всех организмов в основном состоит из изменений гуанин-цитозин в аденин-тимин, что имеет тенденцию смещать геномы в сторону более высокого содержания аденина-тимина», — отметила Фостер.

Новое исследование демонстрирует, что репарация ошибочно спаренных нуклеотидов является основным фактором, определяющим типы возникающих мутаций и нуклеотидный состав генома. Поскольку активность этой системы может зависеть от окружающей среды, ещё одним следствием этой работы является возможность использования паттерна мутаций в криминалистике для определения происхождения конкретного бактериального штамма.