пятница, 27 января 2012 г.

Как мутации формируют признак

Как мутации формируют признакФормирование признака определяется по меньшей мере двумя силами — взаимовлиянием генов, из-за чего необходимые мутации концентрируются в строго определённой группе генов, и коэволюцией организмов, когда от «воли» одного зависит, сколько мутаций в геном получит другой.

Сколько генов составляет признак? Вопрос, не уступающий по сложности средневековому «Сколько демонов уместится на кончике иглы?». Впрочем, гены и признаки имеют большее отношение к нашей повседневной жизни, чем средневековые эзотерические задачи. Достижения молекулярной биологии и генетики ясно дали понять, что ген не всегда тождествен признаку, как мы привыкли его понимать. Например, цвет глаз — это типичный признак, но цвет глаз может зависеть от работы нескольких генов, часть из которых производит ферменты для синтеза соответствующего пигмента, а часть управляет генами ферментов-исполнителей.

Соответствие между генами и признаками интересует биологов по ряду причин. С одной стороны, это причины чисто практического характера: когда мы видим какой-то признак наследственной болезни, необходимо знать, сколько и какие гены за него отвечают. С другой стороны, есть более фундаментальный вопрос — понять, как происходит формирование признаков в эволюции. Решая задачи, которые ставит пред ним среда, организм может пойти по одному из двух путей — либо совершенствовать, настраивать, подтягивать уже имеющиеся признаки, либо сделать, что называется, ход конём и сформировать новый признак. В таком случае вопрос несколько изменяется и выглядит как «Сколько мутаций формируют признак?».

Две статьи, вышедшие одновременно в журнале Science, пытаются разгадать силы, отвечающие за возникновение новых признаков. В первой исследователи из Мичиганского университета (США) рассказывают, как они пытались заставить фаг лямбда найти новый способ проникать в бактериальную клетку. Этот вирус поражает кишечную палочку, попадая в неё с помощью особого рецептора на поверхности клеточной стенки, называемого LamB. Исследователи сделали так, что бактерия перестала синтезировать этот рецептор, и расселили вирус по 96 колониям таких модифицированных бактерий. Их интересовало, как и за какое время вирус сумеет преодолеть возникшую трудность и найдёт новый способ проникнуть в клетку. Действительно, в 25% случаев паразит нашёл обходной путь в виде другого поверхностного бактериального белка, OmpF. За 12 дней в вирусном белке J возникли четыре мутации: обычно J-белок нужен для посадки на LamB-рецептор, но будучи вооружён четырьмя мутациями, он становится способен связывать OmpF-рецептор.

Однако сама бактерия не остаётся в стороне. Оказалось, что у неё может возникать мутация, изменяющая трансмембранный канал, который вообще закрывает вирусу путь в клетку. В этом случае мутации в вирусном белке в буквальном смысле останавливаются за шаг до решения задачи: получив три мутации из четырёх, вирус как бы понимает, что условия изменились, и перестаёт трансформироваться. Очевидно, формирование признака тут жёстко подчинено коэволюции двух видов, которую можно сравнить с парным танцем: если бактерия делает шаг, вирус совершает четыре, но если бактерия делает ещё один шаг, то вирус отвечает тремя, после чего отступает.

В случае с бактериофагом для нового признака (способности проникать в клетку) хватило всего четырёх мутаций в одном гене, что неудивительно, учитывая относительную простоту организации вируса. На бактериальном уровне масштабы уже совершенно другие. Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) попробовали выработать термоустойчивость у кишечной палочки Escherichia coli. В течение года исследователи выращивали 115 бактериальных колоний при 42,2 ˚C. Температура влияет на многие процессы в организме, поэтому учёные надеялись увидеть значительные изменения в геноме. Выяснилось, что у тех бактерий, что выжили в таких условиях, появилась 1 331 мутация, распределённая по более чем 600 сайтам в ДНК. Но все эти мутации и их сайты оказались принадлежащими двум направлениям: изменения в одном из них касались белковой машины, синтезирующей РНК; изменения во втором происходили в rho-белке, контролирующем завершение синтеза РНК. Очень редко бактерия совмещала эти две группы изменений. Однако трансформации в каждой из белковых машин сопровождались мутациями в каких-то добавочных генах, которые зависели от главной, целевой группы.

Почему мутации именно этих двух групп генов помогают кишечной палочке выживать при высокой температуре? Почему они делают это порознь? Это учёным только предстоит выяснить. Пока же на основе описанных работ можно сделать вывод о том, как происходит формирование нового признака. Множество мутаций вбрасываются в более или менее чётко очерченную группу генов, причём они находятся под сильнейшим влиянием других мутаций из-за взаимосвязанности генов и зависят от параллельных изменений в других организмах, как в случае вируса и бактерии. Есть, конечно, целая группа признаков, которая возникает из-за одной–двух мутаций, но такие признаки в большинстве случаев оказываются болезнетворными и к эволюционному успеху явно не приводят.

Подготовлено по материалам Мичиганского университета и The Scientist.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Volvo успешно испытала полуавтономный автопоезд
Полуавтономный автопоезд из четырёх транспортных средств показал себя во всей красе на автодроме концерна Volvo в Халлереде (Швеция). Цели испытаний — подготовить почву для следующего этапа, который пройдёт на дорогах общего пользования. Автопоезда, как прекрасно известно «КЛ»-читателям, характеризуются способностью транспортных средств, следующих за головной машиной, отслеживать и повторять пов...
  (читать дальше)

Самый "быстрый" фильм немецких физиков вошел в книгу рекордов Гиннеса
Германские физики из синхротронного центра DESY пополнили книгу рекордов Гиннеса новым рекордом - они сняли самый "быстрый" в истории фильм, в котором промежуток времени между кадрами составил лишь 50 фемтосекунд (квадриллионных долей секунды), что в 800 миллирдов раз быстрее, чем скорость смены кадров в обычных фильмах, говорится в сообщении центра. Фильм, в котором всего два кадра с рентгеновс...
  (читать дальше)

Во время охоты пауки-скакуны держат жертву в «расфокусе»
Пауки-скауны не могут определить расстояние до объекта, как это делает большинство животных. Поэтому, чтобы точнее прицелиться для прыжка, они оценивают разницу между всегда размытым изображением в зелёном спектре и чёткой картинкой в остальном цветовом диапазоне. Пауки-скакуны не плетут ловчих сетей, они выслеживают добычу и прыгают на неё с расстояния в несколько сантиметров. Очевидно, такой с...
  (читать дальше)

Рэп поможет выявить и лечить недержание и аневризму
Специалисты из Университета Пердью (Уэст-Лафайет, Индиана, США) представили новый тип медицинского датчика. По словам ведущего разработчика Бабака Зиая, прибор представляет собой кронштейн — тонкую спицу, закрепленную с одного конца, как миниатюрный трамплин, — вибрирующий, когда на него воздействуют звуковые волны с частотой от 200 до 500 Гц. Да-да, речь идёт о музыке! При этом микроэлектромеха...
  (читать дальше)

Расисты и консерваторы — попросту глупы?
Люди, разделяющие расистские взгляды и прочие предрассудки, скорее всего, просто не очень умны, утверждает новое исследование. Гордон Ходсон из Университета Брока (Канада) и его коллеги показали, что дети с низким показателем IQ чаще относятся к людям предвзято, когда вырастают. Получается порочный круг: взрослые с невыдающимся интеллектом, как правило, тяготеют к социально консервативной идеоло...
  (читать дальше)

Солёная вода способствует коррозии ядерного топлива
Борясь с последствиями катастрофического цунами, случившегося в прошлом марте, Японии пришлось в пожарном порядке начать использование морской воды для охлаждения ядерного топлива поврежденного реактора Фукусима-Дайчи. И на тот момент это решение казалось единственно верным или по крайней мере совершенно безальтернативным. Допустить взрыв реактора и последующее заражение не хотел никто. Но, как ...
  (читать дальше)

Космология в чашке Петри
Группа профессора Иоганнеса Блайбеля (Johannes Bleibel) из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка (Штутгарт, Германия) обнаружила, что микрочастицы, заключённые в жидкости, демонстрируют коллективную динамику, которая подчиняется, казалось бы, совершенно не связанным между собой законам. Эти законы демонстрируют плавность перехода от дальнодействующих сил гравитационного притяжения, за...
  (читать дальше)

В Mitsubishi создана защитная пленка для гибких солнечных батарей
Полимерное подразделение корпорации Mitsubishi (Mitsubishi Plastics Inc.) разработало защитную пленку для гибких солнечных батарей с экстремально высокой водонепроницаемостью (10-4 г/м2 в день). И хотя при этом не сообщается, при какой относительной влажности снимались показания, всё равно материал предлагает как минимум в 100 раз более эффективную защиту от влаги, чем та, которую обеспечивает с...
  (читать дальше)

Заселение Америки жителями Алтая происходило 15—20 тысяч лет назад
Сегодня часто можно услышать мнение, что «Наука в России умерла» и не способна ни на что, кроме популистских мероприятий. Однако это не так. В нашей стране успешно работает ряд лабораторий и групп, исследования которых по достоинству оценены в мировом научном сообществе. Именно о таких работах «Газета.Ru» рассказывает в рамках сюжета «Россия пишет». Он посвящен публикациям российских ученых в в...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)