Эволюция подавляет вредные мутации

Иногда в ДНК возникают так называемые синонимичные мутации. Они не приводят к изменению белковой последовательности, но всё же могут оказывать серьёзное негативное влияние на способность бактерий к выживанию. Новое исследование Уппсальского университета показало, что организм может эффективно компенсировать эти негативные эффекты. Результаты опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.

Долгое время считалось, что синонимичные мутации «молчащие», то есть не оказывают ни положительного, ни отрицательного эффекта на продукт гена (белок) или на рост и выживание организма. Однако в последние годы несколько исследований показали, что эти мутации всё же часто создают проблемы для организма, даже не меняя белковую последовательность.

«Важный вопрос для эволюционных биологов и генетиков — почему эти мутации оказывают негативный эффект. Наше исследование показывает, почему они вредны, и насколько эффективно и быстро бактерия может генетически компенсировать негативные эффекты таких мутаций с помощью дополнительных новых мутаций», — говорит старший автор исследования Дэн И. Андерссон.

В данном исследовании учёные подробно изучили четыре синонимичные, но затратные мутации в гене рибосомального белка. Они обнаружили, что главная проблема этих мутаций заключалась в том, что они вызывали снижение продукции мутировавшего рибосомального белка. Клетки попадали в порочный круг, в котором низкий уровень белка приводил к образованию дефектных рибосом, которые, в свою очередь, вызывали дальнейшие проблемы с синтезом белка. Позволив этим бактериям с низкой приспособленностью расти в течение многих поколений, учёные увидели, что эволюция решает проблему синонимичных мутаций, создавая компенсаторные мутации, которые восстанавливали нормальный уровень рибосомального белка. Таким образом, исследователи получили лучшее понимание того, почему «молчащие» мутации могут снижать приспособленность и как бактерии могут их компенсировать.

«Вероятно, можно найти аналогичные эффекты "молчащих" мутаций во многих других генах и организмах, особенно в генах, кодирующих белки, участвующие в центральном потоке информации клетки», — говорит Анна Кнёппель, аспирант кафедры медицинской биохимии и микробиологии Уппсальского университета.