Синтаксические мутации и эволюционные преимущества
Учёные из Национального центра биологических наук (NCBS, Бангалор) показали, что так называемые синонимичные мутации — изменения в ДНК, которые не меняют последовательность кодируемого белка — могут оказывать сильное влияние на выживание и эволюцию организмов.
Код жизни (состоящий из триплетных кодонов четырёх «букв» ДНК: A, T, G, C) обладает избыточностью. Например, аминокислота аланин кодируется четырьмя альтернативными кодонами (GCT, GCC, GCA и GCG). Мутация, меняющая один из этих кодонов на другой, кодирующий ту же аминокислоту, является синонимичной. Ранее такие мутации считались нейтральными или слабо влияющими на эволюцию.
Группа под руководством Дипы Агаше из NCBS, работая с бактерией Methylobacterium extorquens, создала несколько синонимичных вариантов гена fae. Этот ген кодирует метаболический фермент, необходимый для выживания в среде, где единственным источником углерода является метанол.
- При выращивании на метаноле все бактерии с синонимичными вариантами гена fae изначально демонстрировали низкую приспособленность по сравнению с бактериями, имеющими нормальный ген.
- Однако после длительного выращивания (100–200 поколений) в этих жёстких условиях бактериальные популяции начали быстро восстанавливать приспособленность благодаря новым дополнительным мутациям.
- Многие из этих новых мутаций также оказались синонимичными. Они возникали в определённых точках гена, были высоко полезными и повторялись в независимых экспериментах.
«Что удивительно в наших результатах, так это то, что полезные мутации, которые мы наблюдаем, высоко повторяемы в конкретных вариантах гена — можно провести аналогию с альпинистами: разные группы, независимо начинающие восхождение с подножия горы, используют в точности одну и ту же стратегию, чтобы достичь вершины!» — говорит Дипа Агаше.
Это исследование критически важно для понимания генетических основ адаптации, что является ключом к предсказанию эволюционной динамики популяций (например, развития устойчивости к антибиотикам у бактерий). Ранее синонимичные мутации считались малозначимыми для таких исследований, но теперь их роль в процессах адаптации и эволюции игнорировать нельзя.