人工细胞可以正常细胞一样迅速发展

“听着,如果有一件事进化的历史告诉我们,生活将不会包含。生活自由。它扩大到新界,冲破障碍痛苦的,甚至是危险的,但是。。生命总是会找到一种方式,”伊恩·马尔科姆说,杰夫·戈德布拉姆的性格《侏罗纪公园》,1993年的科幻电影关于恐龙公园生活。

你不会找到任何速龙潜伏在进化生物学家杰伊·t·列侬的实验室;然而,列侬,艺术与科学学院的教授布卢明顿市印第安纳大学生物学系和他的同事们发现生活确实找到一个方法。列侬的研究小组一直在研究一个综合构造最小细胞已经被剥夺了所有但重要的基因。研究小组发现,简化细胞进化速度可以作为正常cell-demonstrating生物适应能力,即使一个不自然的基因组,表面上提供更大的灵活性。

“似乎有一些关于生活,很健壮,“列侬说。“我们可以简化下来赤裸,但这并不阻止进化去上班。”

在他们的研究中,列侬的团队使用了合成生物,支原体mycoidesJCVI-syn3B-a最小化版本的细菌m . mycoides常见的肠道山羊和类似的动物。数千年来,寄生细菌自然失去了它的许多基因的进化依赖于其宿主营养。j·克雷格·文特尔研究所的研究人员在加州拍摄了这一步。2016年,他们从自然消除45%的901个基因m . mycoidesgenome-reducing它所需的最小的组基因自主移动生活。493个基因的最小基因组m . mycoidesJCVI-syn3B任何已知的是最小的独立生存的有机体。相比之下,许多动植物基因组包含超过20000个基因。

原则上,最简单的生物将没有功能冗余和拥有人生唯一必需的最小数量的基因。任何这样的有机体可能致命的突变破坏一个或多个细胞功能,将限制进化。生物体少了流线型的基因组和目标的积极的选择行为,从而限制适应的机会。

虽然m . mycoidesJCVI-syn3B可以在实验室条件下生长和分裂,列侬和他的同事们想知道最小的细胞将如何应对进化的力量随着时间的推移,特别是考虑到有限的原材料,而自然选择是可以操作以及无特征输入新的突变。

“每一个基因的基因组是至关重要的,”说,列侬在参考m . mycoidesJCVI-syn3B。“可以假设没有回旋余地的突变,这可能限制其发展的潜力。”

研究人员证实m . mycoidesJCVI-syn3B,事实上,有极高的突变率。然后他们增长它在实验室里被允许自由地发展了300天,相当于2000个细菌代约40000年的人类进化。

下一步是建立实验来确定最小细胞进化了300天执行原来的相比,non-minimalm . mycoides以及应变最小的细胞,没有进化为300天。在比较的测试中,研究人员把等量的菌株被评估在试管中。压力更适合它的环境成为了更为常见。

他们发现non-minimal版本的细菌容易胜过—然而最小的版本。的最小的细菌进化了300天,但是,做的更好,有效地恢复所有的健身,它失去了由于基因组精简。研究人员发现的基因改变了大多数在进化过程中。这些基因参与构建细胞的表面,而其他几个人的功能仍然未知。

细节研究可以发现最近刊登在自然杂志上(链接到纸)。罗伊z Moger-Reischer,博士生在列侬实验室的研究中,首先是作者在纸上。

理解生物体如何简化基因组克服进化挑战的长期存在的问题有重要意义biology-including临床病原体的治疗的持久性host-associated内共生体,细化工程微生物、生命的起源。列侬和他的团队的研究表明自然选择的力量迅速优化健康最简单的自治的有机体,对细胞的进化的复杂性和影响。换句话说,它表明,生命总是会找到一种方式。

参考:Moger-Reischer RZ,玻璃,明智的KS, et al。最小的细胞的进化。自然。2023年。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 06288 - x

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