Мутационные профили лабораторных и природных штаммов кишечной палочки оказались схожи
Открытие поможет продвинуться в дальнейших исследованиях мутационных процессов в природных штаммах
Общий спектр мутаций лабораторной и природной кишечной палочки впервые изучили и сравнили ученые из Сколтеха, Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН и Национального центра биологических наук в Индии. Исследователи пришли к выводу, что они практически не отличаются. Результаты представлены в журнале Genome Biology and Evolution.
Ключ к изучению эволюции генома бактерий кроется в понимании мутационных процессов в клетке. Мутации возникают либо в процессе репликации – копирования ДНК, либо во время ее репарации – «починки» ДНК из-за разрыва или других нарушений. Особенно активно мутационные процессы изучаются в раковых клетках человека. Однако, в то время как многие исследователи изучают мутационные процессы в лабораторных кишечных палочках, о природных штаммах известно мало.
«Обычно изучают три нуклеотида: тот, в котором произошла мутация, и два по правую и левую сторону от него. Типичный набор мутаций вместе с контекстами, характерными для данной системы, называется мутационной подписью. Например, у человека есть мутационные подписи воздействия ультрафиолета и курения, характерные для определенных раков», – рассказал руководитель исследования, профессор Михаил Гельфанд, директор Центра молекулярной и клеточной биологии в Сколтехе.
Система репарации тоже может ошибиться. Разные системы репликации и репарации делают разные ошибки, и они зависят от контекста. Так коллектив ученых впервые изучил мутационный профиль кишечной палочки – сумму мутационных подписей систем репликации и репарации.
«У наших партнеров из Индии были данные по кишечным палочкам, у которых нарушены системы репликации и репарации. Из них мы смогли извлечь чистые мутационные подписи, характерные для разных систем, а потом разложили мутационные профили кишечных палочек по подписям и поняли, какие системы вносят больший вклад в мутации», – продолжил Михаил Гельфанд.
Ученые также использовали данные эксперимента по длительной эволюции кишечной палочки. Это большое лабораторное исследование под руководством Ричарда Ленски, которое продолжается уже более 30 лет. Профиль мутаций лабораторных штаммов сравнили с профилем штаммов природных.
«Мы обнаружили, что эти профили схожи. Этот результат не вполне ожидаемый, ведь лабораторный штамм живет не в таких условиях, как природный», – отметил Гельфанд.
Гельфанд подчеркнул, что исследование опровергает представление о том, что эволюция кишечной палочки в естественной среде включает чередующиеся эпизоды обычной медленной эволюции и более короткие эпизоды ускоренной эволюции в гипермутабельном режиме. По его словам, при эволюции природных штаммов кишечной палочки вклад атипичных мутационных режимов в общее накопление мутаций незначителен.
Ранее ученые раскрыли возможность моментального старения клеток человеческого организма. Подсчитать их возраст оказалось невероятно сложным.
