Biologer afspiller 500 millioner års E Coli-evolution i laboratoriet

Biologien ændrer sig så hurtigt og fundamentalt, at det er svært at holde styr på de revolutionære transformationer, der er på vej.

Her er en af ​​dem. Syntetisk biologi er design og konstruktion af biologiske systemer, der ikke findes i naturen. Dette er ingeniørarbejde - ved at bruge molekylære byggesten til at skabe nye biomolekyler, såsom gener.

Her er en anden teknik. Ved at sammenligne beslægtede arters DNA kan biologer beregne DNA-strukturen af ​​deres fælles forfædre.

Derefter kan de ved hjælp af syntetisk biologi rekonstruere disse sekvenser i laboratoriet. På denne måde er biologer begyndt at genoplive alle slags antikke biomolekyler, inklusive hormonreceptorer og endda gamle molekylære maskiner.

I dag afslører Betül Kaçar og Eric Gaucher ved Georgia Institute of Technology i Atlanta, at de har kombineret disse teknikker for at udføre et bemærkelsesværdigt eksperiment.

Disse fyre har rekonstrueret et gammelt gen fra en forfader til bakterieorganismen E coli, der levede for omkring 500 millioner år siden. De har derefter erstattet den moderne version af dette gen med den gamle i en population af E coli.

Dette er første gang, et gammelt gen er blevet genomisk integreret i stedet for dets moderne modstykke i en nutidig organisme, siger de.

Dette er Jurassic Park på bakteriel skala (selvom et bedre navn givet tidsskalaen kan være Cambrian eller Ordovician Park).

Men Kaçar og Gaucher er ikke færdige der. De siger, at deres ældgamle bakterier giver en unik mulighed for at afspille evolutionen i laboratoriet for at se, om nutidens E coli udvikler sig igen, eller om der sker noget andet.

Tanken er at give organismen mulighed for at udvikle sig over mange generationer under nøje kontrollerede forhold. De forskellige tilpasninger kan måles ved hjælp af fitnesskriterier, såsom hvor lang tid det tager for bakteriepopulationen at fordobles. Helgenomsekventering kan så vise, hvilke slags ændringer der sker.

Dette er aldrig blevet gjort med bakterier modificeret på denne måde. Kaçar og Gaucher siger, at der i det væsentlige er to klasser af mulige resultater i disse eksperimenter.

Den første involverer selve genet. Enten tilpasser det gamle gen sig gentagne gange til det moderne netværk for at producere en nøjagtig kopi af dets moderne modstykke, eller også udvikler det sig på en helt anden måde.

Den anden klasse involverer netværket af gener i den moderne organisme. Enten udvikler det moderne netværk sig til det ældgamle netværk – og genopliver derved det ældgamle væsen – eller også tilpasser det moderne netværk sig på en helt ny måde.

Problemet vil selvfølgelig være at skille alt dette fra de rodede eksperimentelle detaljer.

Hidtil har Kaçar og Gaucher kun udført foreløbige konditionsmålinger. De siger, at det tager dobbelt så lang tid for bestanden af ​​gamle E coli at fordobles i størrelse som de moderne væsner. Men det er stadig tidligt i deres arbejde med eksperimentel evolution.

Den nye tilgang åbner muligheden for at undersøge alle mulige interessante spørgsmål om, hvilken rolle faktorer som tilfældighed og determinisme har i evolutionen.

For eksempel ønsker Kaçar og Gaucher at vide, om evolution fører til et enkelt punkt eller til flere løsninger; om visse mutationer er forudsigelige, og om universelle love styrer biologisk evolution.

Det er den slags spørgsmål, der vil hjælpe os med at forstå ikke kun evolutionens rolle i at producere liv-som-vi-kender-det, men den rolle, det kan spille i livet-er-vi-aldrig-har-forestillet-det-det; med andre ord for liv på andre planeter og i kunstige livsformer, der endnu ikke er skabt i laboratoriet.

Vigtige spørgsmål fra arbejdet, som vil være værd at se i fremtiden.

Ref: arxiv.org/abs/1209.5032 : Mod opsummering af oldtidens historie i laboratoriet: Kombination af syntetisk biologi med eksperimentel evolution

skjule