DNA进化缠结的影响

缠结在解除DNA可以创建在细菌的基因组突变热点,根据一项新的研究中心米尔纳在巴斯大学的进化。

该研究的作者说,这些发现将帮助我们在未来预测细菌和病毒的发展随着时间的推移,这可能帮助疫苗设计和更好地了解抗生素耐药性。

虽然大多数是由自然选择的进化,只有那些适应他们的环境能够生存和传承基因,一项新的研究发表在《自然通讯显示,进化也受到DNA链的缠结。

为首的一个科学家小组得出了巴斯大学的与伯明翰大学的合作,看着两个菌株的进化的土壤细菌的荧光假单胞菌(SBW25和Pf0-1)。

当科学家们移除一个基因,使细菌能够游泳,两株细菌的快速进化的能力再游泳,但使用完全不同的路线。

菌株(称为SBW25)之一,总是突变同样的特定基因的一部分重新流动。

然而,其他菌株(称为Pf0-1)突变不同的地方不同的基因科学家每次重复了这个实验。

要理解为什么一个应变演变可以预见的是,另一是不可预测的,他们比较了两种菌株的DNA序列。他们发现SBW25应变,突变的一种可预测的方式,有一个区域的DNA链本身形成一个发夹型混乱。

这些缠结可以破坏细胞机械,称为DNA聚合酶,复制基因在细胞分裂,所以使突变更容易发生。

当团队把发夹结构使用了6沉默突变(在不改变蛋白的序列),废除了突变热点和细菌开始在更广泛发展各种方式收回其游泳的能力。

蒂芙尼泰勒博士的米尔纳进化中心说:“DNA通常形成双螺旋结构,但DNA复制时,链是短暂的分离。

“我们发现有热点的DNA序列导致分离股DNA扭曲了自己——有点像当你撕开的链绳——这导致了混乱。

“当DNA聚合酶酶沿着链复制的基因,它撞到混乱,可以跳过,导致突变。

“我们的实验表明,我们能够创建或删除突变热点在基因组序列通过改变导致或防止发夹纠结。

“这表明,尽管在进化过程中自然选择仍然是最重要的因素,也有其他因素在起作用。

“如果我们知道潜在的细菌或病毒的突变热点,它可以帮助我们预测这些微生物可能变异选择性压力。”

在癌细胞突变热点已经发现,研究人员计划寻找他们在一系列细菌物种,包括重要的病原体。

这些信息可以帮助科学家们更好地了解细菌和病毒是如何变化的,它可以帮助开发新疫苗变异的疾病。它还可以让它更容易预测微生物如何对抗生素产生抗药性。

詹姆斯·霍顿博士最近完成了他的博士学位在米尔纳进化中心表示:“像许多激动人心的发现,这是偶然发现的。我们看所谓的沉默突变,因为他们不改变产生的蛋白质序列,所以一开始我们不认为他们是特别重要的。

“然而我们的研究从根本上颠覆了我们对沉默突变在适应过程中所扮演的角色。”

参考:霍顿JS,弗拉纳根LM,杰克逊RW,泰勒牧师NK,结核病。一个突变热点,用来决定高度重复的进化可以构建和基因变化打破了沉默。Nat Commun。2021;12 (1):6092。doi:10.1038 / s41467 - 021 - 26286 - 9

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