Учені змоделювали процес еволюції в пробірці

18/06/2009

Американські учені з Дослідницького інституту Скріппса розробили автоматизовану систему, яка дозволяє за короткий час відтворювати процес еволюції молекул РНК. Стаття з описом результатів їх роботи опублікована в журналі PLoS Biology.

Учені моделювали еволюцію молекул РНК, що володіють каталітичними властивостями. Вибрані для дослідження молекули здатні каталізувати власне відтворення. Довгі молекули РНК складаються з окремих блоків - нуклеотидів. У присутності нуклеотидів і ферменту, який "збирає" на матриці молекули РНК її копію, молекули можуть розмножуватися.

Для відтворення процесу еволюції учені обрали молекули РНК, які не дуже ефективно каталізували власне розмноження. Через 70 годин еволюції in vitro молекули стали виконувати свої функції в 90 разів ефективніше.

Експеримент проводився за такою схемою. У реакційній суміші, де розмножувалися РНК, містився флуоресцентний фарбник, який вбудовується в новосинтезовані ланцюги РНК, проте не взаємодіє з окремими нуклеотидами. Флуоресценція реакційної суміші постійно вимірювалася. При її посиленні в 10 разів з суміші відбиралася аліквота (невелика кількість) і переносилася в порожню ємність. До аліквоти додавали свіжі реагенти, необхідні для розмноження молекул: нуклеотиди і фермент, що забезпечує синтез ланцюга.

Таким чином учені змоделювали процес відбору. За наявності великої кількості реагентів всі молекули РНК "виживають" і розмножуються. В умовах недоліку реактивів перевагу отримували молекули, які здатні найефективніше каталізувати власне розмноження, а значить - збільшувати кількість копій самих себе.

Спочатку всі молекули РНК мали однакову послідовність нуклеотидів. Проте при синтезі нових ланцюгів фермент робить помилки. Відповідно, "дочірні" молекули не завжди є точними копіями "батьківських". Деякі мутації новосинтезованих ланцюгів ніяк не впливають на їх функції, деякі збільшують ефективність синтезу, а деякі, навпаки, зменшують.

В умовах браку реагентів переважно розмножуються ті молекули, мутації в яких збільшили ефективність їх "роботи". Відповідно, кількість таких молекул-мутантів зростає. Кількість тих молекул, які недостатньо ефективно каталізують своє розмноження, не змінюється. Шанси таких молекул потрапити до когорти "щасливчиків", яких заберуть з виснаженої суміші, весь час зменшуються.

Всього учені провели 500 етапів відбору. Проаналізувавши молекули, що "дожили" до останнього етапу, вони виявили, що в них накопичилося 11 мутацій, які тим або іншим чином збільшували ефективність синтезу.

Крім того, що розроблена ученими система наочно ілюструє принципи дарвінівської еволюції, вона може мати і практичне застосування. Використовуючи розроблену ними схему відбору можна одержувати, наприклад, молекули, що реагують на слідові кількості забруднюючих речовин. Покращуючи в процесі "еволюції" властивості таких молекул, можна добитися надзвичайно високої чутливості.

Повернутися до списку публікацій



Останні новини

Статті

Попередні публікації