lauantai 22. syyskuuta 2012

Evoluutio! Yhtä helppoa kuin 1,2,3... vai onko?


Michigan State yliopiston tutkijat kertovat dokumentoineensa evoluutioprosessin, jossa eliöt kehittävät uusia toimintoja.

Naturessa julkaistussa tutkimuksessa selvitettiin geenitutkimuksen keinoin kuinka E. coli-bakteeri oppi käyttämään sitraattia ravintonaan perinteisen glukoosin lisäksi.

 "On todella hienoa nähdä uusien biologisten toimintojen kehittyvän", sanoo evoluutiobiologi Zachary Blount [ BEACON NSF Center for the Study of Evolution in Action]. "Ensimmäiset sitraatin syöjät hädin tuskin pystyivät kasvamaan vain sitraatilla, mutta ajan myötä niistä tuli paljon parempia. Halusimme ymmärtää niitä muutoksia, jotka sallivat bakteereiden kehittää tämän uuden kyvyn."

Tavallisesti E. coli ei kykene hyödyntämään sitraattia energianlähteenään hapen läsnäollessa. Tämä johtuu siitä, että ne eivät silloin tuota tiettyä kalvoproteiinia, jota tarvitaan sitraatin siirtämiseen bakteerin sisään.
Blount työskenteli yhdessä Richard Lenskin kanssa selvittääkseen sitraatin syöntikykyyn johtaneet mutaatiot. Lenski on kasvattanut E.coli-bakteereita vuodesta 1988 alkaen ja tutkinut niiden evoluutiota yli 56000 bakteerisukupolven ajan.

"Havaitsimme ensimmäiset sitraattia hyödyntävät bakteerit n. 33000 sukupolven jälkeen," Lenski kertoo. Blount työryhmineen analysoi 29 bakteerigenomia eri sukupolvista ja he tunnistivat kolmivaiheisen prosessin, jolla bakteerille kehittyi tämä uusi kyky. Ensimmäisessä vaiheessa E. colissa tapahtui ainakin kaksi mutaatiota, joista kehitys lähti liikkeelle. Toisessa vaiheessa bakteeri kykeni jo siirtämään sitraattia vähäisiä määriä sisälleen. Viimeisessä vaiheessa uudet mutaatiot suuresti paransivat alunperin tehotonta ominaisuutta ja bakteerit kykenivät tehokkaasti hyödyntämään sitraattia energianlähteenään.

"Toinen vaihe oli erityisen jännittävä," Blount sanoo.  "Tapahtuneet mutaatiot ovat melko monimutkaisia. Osassa bakteerin genomia tapahtui uudelleen järjestelyä, jonka seurauksena syntyi uusi säätelyosa. Tämä uusi osa käynnisti sitraattia bakteerin sisään tuovan proteiinin tuotannon. Tämä on uusi ominaisuus E.colille happea sisältävässä elinympäristössä."

"Tämä muutos on hyvin erityislaatuinen," Lenski toteaa. "Se ei ollut tyypillinen mutaatio, jossa vain yksi DNA:n kirjain muuttuu. Sen sijaan osa genomia kopioitiin siten, että kaksi DNA palasta yhdistettiin uudella tavalla. Toinen niistä koodasi sitraatin siirtämiseen tarvittavaa proteiinia ja toinen aiheutti sen ilmentymisen."

Ryhmän muut tutkijat olivat Jeff Barrick Texasin yliopistosta ja Carla Davidson Calgaryn yliopistosta.

Evoluutiobiologit hehkuttavat tässä innoissaan, sitä kuinka he ovat nähneet "uusien biologisten toimintojen kehittyvän". Mutta millaisia uusia biologisia toimintoja Blount ja Lenski ovat havainneet?

E.colin kyvyssä käyttää sitraattia energialähteenään ei ole mitään uutta. Sitraatti on eräs sitruunahappokierron välituote. Sitä syntyy heti sitruunahappokierron alussa, kun asetyylikoentsyymi-A muuntuu muutaman välivaiheen kautta sitraatiksi. Bakteerilla on siis valmis reaktiokoneisto sitraatin hyödyntämiseksi.

Hapettomassa ympäristössä kasvava E.coli-kanta kykenee hyödyntämään ympäristössä olevaa sitraattia, koska se tuottaa sitraatin siirtämiseen tarvittavaa proteiinia. Bakteerilla on siis geeni, jonka ilmentyminen tuottaa sitraatin siirtämiseen tarvittavan kalvoproteiinin (citT), joten sitraatin siirtämisessä bakteerin sisään ei ole mitään uutta.

Blount ja Lenski havaitsivat, että bakteeri kykeni siirtämään sitraattia myös happea sisältävässä ympäristössä. Siinäkään ei ole mitään uutta, sillä se on havaittu aikaisemminkin. Pos et al. ovat havainneet, että jotkut E.coli- kannat kykenevät siirtämään sitraattia happea sisältävässä ympäristössä plasmidin koodaaman siirtoproteiinin avulla.

Lenski itse toteaa, että bakteerin genomin osia yhdisteltiin uudella tavalla, jolloin sitraatin siirtoproteiinia koodava geeni ilmentyi. Geenin säätely vain muuttui. Mitään varsinaista uutta biologista toimintoa ei tässä ole syntynyt. Mutta evoluutiohype ei paljon tarvitse!

Vastaava esimerkki "evoluutiosta" voisi syntyä siten, että MRSA [Metisilliini resistentti Staphylococcus aureus]-bakteerin blaZ-geenin vaimennus mutaation seurauksena kytkeytyisi pois päältä. Tällöin bakteeri tuottaisi jatkuvasti metisilliinin laktaamirenkaan hajottamiseen tarvittavaa BlaZ-β-laktamaasia. Normaalisti bakteeri tuottaa sitä vain antibiootin läsnäollessa.[Kts. Wilson et al. (2011): Bacterial Pathogenenis A Molecular Approach, ASM Press, 358-360]

Sitraatin syöntikyvyn kehittymistä käsitellään myös täällä.


Lähde:

http://msutoday.msu.edu/news/2012/evolution-is-as-complicated-as-1-2-3/

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti