Gesundheit

Neue Gene aus dem nichts

Eine zentrale Frage in der Evolutionsbiologie ist, wie Roman Genen entstehen und sich entwickeln. Schwedische Forscher zeigen jetzt, wie neue Gene und Funktionen, die vorteilhaft Bakterien können ausgewählt werden, von zufälligen DNA-Sequenzen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift mBio.

Wie kommen neue Gene und funktionelle Proteine entstehen und sich zu entwickeln? Dies ist eine der fundamentalsten Fragen in der Evolutionsbiologie. Zwei verschiedene Arten von Mechanismus vorgeschlagen worden: (1) neue Gene, die mit neuartigen Funktionen entstehen aus vorhandenen Gene, und (2) neue Gene und Proteine, die sich aus zufälligen DNA-Sequenzen, die keine ähnlichkeit zu vorhandenen Genen und Proteinen. In der vorliegenden Studie, die Forscher untersucht die letztere Art der Mechanismus: die evolution neuer Gene und Proteine aus randomisierten DNA-Sequenzen — de-novo-evolution, wie es auch genannt wird. Es ist ziemlich leicht zu verstehen, dass, wenn ein gen existiert bereits, es kann geändert werden, und den Erwerb einer neuen Funktion. Aber wie funktioniert „nichts“ wiederum in eine Funktion, die einen einen kleinen Vorteil, der durch Natürliche auslese begünstigt?

Der Rohstoff für das experiment wurde eine große Bibliothek von rund 500 Millionen randomisierte Gensequenzen, von denen Peptid-Sequenzen mit einer biologischen Funktion wurden identifiziert. In dem experiment, zufällige gen-Sequenzen wurden an einem plasmid und überexprimiert. Die Forscher dann untersucht, ob Sie geben könnte Bakterien eine bestimmte, definierte Eigenschaft. Wurden Sie, zum Beispiel, können die Bakterien eine Antibiotikaresistenz? Sie identifizierten mehrere kurze Peptide (22-25 Aminosäuren lang), die geben könnte, der Bakterien einen hohen Grad an Resistenz gegen aminoglycoside, eine wichtige Klasse von Antibiotika für schwere Infektionen.

„Als das Projekt begann, hatten wir nur geringe Erwartungen. Wir waren erstaunt, als wir fanden Peptide in der Lage zu verleihen, einen Widerstand 48-mal höher“, sagt Dr. Michael Knopp, der Studie führen Autor.

Durch eine Kombination von genetischen und funktionellen Experimenten konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die Peptide verursacht Widerstand, indem Sie sich an bakterielle Zellmembranen und beeinflussen das proton potential über die Membran. Die Störung des Protonen-potential führt zu einer Abnahme in der Antibiotika-Aufnahme, wodurch die Bakterien resistent.

„Diese Studie ist wichtig, weil es zeigt, dass völlig zufällige Sequenzen von Aminosäuren geben Anlass zu neuen, vorteilhaften Funktionen, und dass dieser Prozess der de-novo-evolution studiert werden kann experimentell im Labor,“ sagt Dan I. Andersson, Professor der Medizinischen Bakteriologie, wer ist hauptsächlich verantwortlich für die Studie.