Новости и мнения

Схожие данные, разные выводы

Изменяя некоторые условия длительного эксперимента на кишечной палочке, ученые обнаружили, что некоторые бактерии могут быть побуждены к экспрессии мутантного фенотипа быстрее, без «генерации новой генетической информации». В результате возникают споры – поддерживают ли данные эволюционную теорию – больше о семантике, чем о науке.

Since 1988, Richard Lenski has been propagating the same 12 cultures of E. coli at Michigan State University, observing how they change over time. С 1988 года Ричард Ленски пропагандирует те же 12 культур кишечной палочки в Университете штата Мичиган, наблюдая, как они меняются со временем. Эти культуры выращивают на среде с низким содержанием глюкозы, которая включает цитрат. Каждый день сотрудники лаборатории Ленски переносят культуры на новые среды в разведении 1: 100.

Вывод команды в 2008 году о том, что некоторые из бактерий могут использовать цитрат в качестве источника углерода в аэробных условиях, считался переломным моментом – потенциальный пример того, как может появиться новый вид (неспособность E.coli метаболизировать цитрат в аэробных условиях является одной из его определяющие фенотипические признаки). Ленски и его коллеги объясняют 15-летнюю задержку появления едящей цитрат кишечной палочки медленным накоплением «потенцирующих мутаций», генетических изменений, которые не дают заметного преимущества в то время, но создают основу для будущей адаптации. Исследователи предложили, что конкретная культура имеет благоприятный для цитрата генетический фон, зависит от ее истории, и эта идея называется исторической случайностью.

Авторы исследования, опубликованного в этом месяце (1 февраля) в журнале бактериологии, предполагают, что задержка появления кишечной палочки E. coli, возможно, была не исторической случайностью, а экспериментальными условиями, которые благоприятствовали -citrate едоков. Скотт Минних из Университета Айдахо и его коллеги показали, что при изменении определенных условий эксперимента мутанты кишечной палочки E. coli (Cit + ) появлялись намного быстрее и демонстрировали генетические изменения, аналогичные тем, которые наблюдались у бактерий из эксперимента по долгосрочному развитию Lenski. (Ltée).

«Мы показываем, что существует простое генетическое объяснение приобретения цитратных мутантов в экспериментах по долгосрочной эволюции – что не требуется никаких исторических обстоятельств», – сказал Миннич The Scientist.

Однако постдок Ленского и Мичиганского штата Захари Блаунт задаются вопросом, как Миннич и его коллеги интерпретировали свои данные. В ответ на запрос Ученого об интервью, Ленски и Блаунт написали в посте в блоге Ленски, что этот последний анализ является попыткой «подорвать LTEE как образец эволюции», ссылаясь на «скрытый, ненаучный мотив», стоящий за работой. ,

Минних, сотрудник некоммерческого института открытий в Сиэтле, является сторонником разумного замысла, теории, согласно которой «определенные особенности вселенной и живых существ лучше всего объясняются разумной причиной, а не неориентированным процессом, таким как естественный отбор, По данным веб-сайта организации. Он сказал ученому, что его личные убеждения не сыграли никакой роли в исследовании. «Я не подвергаю сомнению чьи-либо религиозные или философские позиции в этой статье», – написал он в электронном письме. «[Мой взгляд на мир] не имеет значения».

Хотя объяснения команд относительно их наблюдений различаются, их данные в основном согласны.

Кишечная палочка дикого типа не может метаболизировать цитрат в присутствии кислорода. Геном кишечной палочки включает цитратный транспортер (который принимает цитрат и экспортирует другую молекулу, сукцинат), но ген, кодирующий транспортер, citT, обычно экспрессируется только в анаэробных условиях. Команды Lenski и Minnich обнаружили, что у мутантов Cit + citT был слит с другим промотором (обычно активным в аэробных условиях), что позволило бактериям импортировать этот альтернативный источник энергии. Такое приобретение называется «захват промоутера».

Ленски и его коллеги предположили, что мутанты Cit + эволюционируют в три этапа: потенцирование, актуализация (захват промотора) и уточнение (добавление других мутаций, улучшающих метаболизм цитрата). В экспериментах, в которых они «воспроизводили» эволюцию, повторяя эксперимент с образцами, замороженными в разные моменты времени, исследователи обнаружили, что клетки развили фенотип Cit + из более поздних поколений, но не из более ранних, поддерживая идею исторического непредвиденного обстоятельства.

Подозревая, что редкость фенотипа Cit + могла быть следствием экспериментальных условий, которые могут остановить эволюцию Cit + , Минних и его коллеги разработали исследование, чтобы проверить, сколько времени потребуется мутантам Cit + для появления в различных условиях.

Minnich с коллегами выращивали штамм E.coli LTEE (REL606) в той же среде, содержащей глюкозу и цитрат, которая использовалась в LTEE, но позволяли бактериям расти в течение недели перед пассированием. При этом условии, как выяснили специалисты, мутанты Cit + появились гораздо быстрее: уже через 63 дня. В отдельном эксперименте исследователи выращивали несколько штаммов E.coli (исключая REL606) в среде, в которой цитрат был единственным источником углерода, для отбора бактерий, питающихся цитратом. Исследователи сообщили, что мутанты Cit + появились менее чем за 40 дней во всех тестах, кроме одного.

«Новый эксперимент подсказал нам, что на самом деле эти фенотипы могут развиваться гораздо быстрее, чем мы думали», – сказал Рис Кассен , который изучает эволюцию с использованием микробных систем в Университете Оттавы, но не участвовал в исследовании. «Для меня [это] говорит о том, что если мы собираемся сделать выводы о том, как сам вид эволюционирует в течение длительных периодов времени, мы должны быть очень осторожны с экологией того, как мы проводим наши эксперименты».

Неудивительно, что метаболические ограничения могут кардинально изменить экспериментальные результаты, добавил Кассен. «Это не необычное наблюдение».

Ленски и Блаунт соглашаются. «Мы уже показали, что если вы поместите бактерии на чашки Петри, где цитрат был единственным доступным источником углерода, и они будут подвергаться длительному голоданию, мы также можем получить. , , Цитратные мутанты появляются в течение нескольких недель или около того », – сказал Ленски« The Scientist » . «Уже известно [когда появляются мутанты] зависит от экологического контекста».

Опознанные командой Minnich мутанты Cit + показали сходные генетические особенности – расширение citT, захват промотора и активацию транспортера, который возвращает сукцинат в клетку – как это наблюдалось в LTEE, за исключением того, что у этих бактерий, потребляющих цитрат, отсутствовали описанные потенцирующие мутации исследователи сообщили Lenski с коллегами.

В своей статье Минних и его коллеги предположили, что в LTEE эволюция метаболизма цитратов была остановлена ​​на самом первом этапе: репликация citT в геноме.

В LTEE команда написала, что E. coli питается глюкозой в своих средах, пока она не истощается каждый день. В этот момент любые бактерии, которые могут метаболизировать цитрат, имеют избирательное преимущество. Исследователи предположили, что citT может быть «негерметичным» – экспрессироваться на очень низких уровнях, даже в аэробных условиях. В этом случае бактерии с множественными копиями гена-протекающего будут продолжать расти с использованием цитрата, в то время как другой, зависимый от глюкозы E. coli останавливает деление клеток. После прохождения клеток в свежую, содержащую глюкозу среду на следующий день пожиратели цитратов утратят свои конкурентные преимущества. Кроме того, исследователи писали, что сохранение дополнительного генетического материала может быть недостатком для кишечной палочки ; некоторые бактерии могут выбрасывать лишние копии citT . Если бы этот цикл повторялся ежедневно, он мог бы задержать эволюционный процесс на стадии, предшествующей слиянию промотора. Если бы у бактерий было больше времени питаться цитратом до пассирования, или если бы они росли на одном цитрате, мутанты Cit + могли бы появиться раньше, предположили авторы.

«Таким образом, задержка может не отражать необходимость неселективного события потенцирования (« историческое непредвиденное обстоятельство »), а скорее обусловлена ​​избирательными событиями с низкой вероятностью последовательного переноса», Калифорнийский университет в Дэвисе, микробный генетик Джон Рот и постдок Софи Maisnier-Patin , которые не были вовлечены в исследование, написали в сопроводительной редакционной статье .

Ленски и Блаунт оспаривают модель, в которой дублирование citT становится выгодным и приводит к захвату промотора. И они не обнаружили, что citT является протекающим, сказал Блаунт The Scientist , поэтому E. coli, содержащая несколько копий гена без захвата промотора, имеющего избирательное преимущество, не рассчитывается. Кроме того, в своих экспериментах исследователи LTEE обнаружили, что дублирование захвата citT и промотора происходит одновременно, и вместе эти события представляют собой актуализацию фенотипа citT , сказал Блаунт. В отличие от редакции, кажется, предполагает, что расширение citT представляет потенцирование. «Van Hofwegen et al. и Джон Рот, похоже, немного запутался в использовании нашей терминологии », – сказал Блаунт. «И они были немного неточными в том, как они использовали эти термины потенцирования и актуализации».

Исследователи LTEE приветствуют эксперименты, проведенные командой Миннича. “Эта проблема . , , не с экспериментами и данными. Скорее проблема в том, что результаты заключены в интерпретации, которые, на наш взгляд, ненаучны и неприличны », – написали Блаунт и Ленски в своем блоге.

«Мутанты Cit + служат примером адаптационной способности микроорганизмов, но пока LTEE не обосновал эволюцию в более широком смысле путем генерации новой генетической информации, то есть гена с новой функцией», – написали Минних и его коллеги в своей статье.

Авторы LTEE утверждают, что перестройка существующей генетической информации, которая приводит к новым фенотипам, является эволюционным процессом. «Когда естественный отбор, то есть дифференциальное выживание и размножение, отдает предпочтение бактериям, чьи геномы имеют мутации, которые позволяют им расти на цитрате, эти мутации, несомненно, предоставляют новую и полезную информацию для бактерий», – возразили Ленски и Блаунт в своем блоге. «Сказать, что нет новой генетической информации, когда новая функция эволюционировала (или даже когда существующая функция улучшилась), – это красная сельдь, обнародованная противниками эволюционной науки».

DJ Van Hofwegen и соавт., «Быстрая эволюция использования цитратов кишечной палочкой путем прямой селекции требует citT и dctA », журнал бактериологии, doi: 10.1128 / JB.00831-15, 2016.

Пояснение (24 февраля). Шестой абзац этой статьи был обновлен и теперь включает определение интеллектуального дизайна с веб-сайта Discovery Institute.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *