Ка­кие имен­но му­та­ции, ха­рак­тер­ные для кла­ды 3, сыг­ра­ли роль «по­тен­ци­ру­ю­щих», ус­та­но­вить по­ка не уда­лось. Хо­ро­шим кан­ди­да­том яв­ля­ет­ся му­та­ция в ге­не arcB, по­то­му что пов­реж­де­ние это­го ге­на ак­ти­ви­ру­ет цикл три­кар­бо­но­вых кис­лот – би­о­хи­ми­чес­кий путь, поз­во­ля­ю­щий клет­ке эф­фек­тив­но ути­ли­зи­ро­вать цит­рат (ес­ли клет­ка вдруг су­ме­ет его где-то раз­до­быть в боль­ших ко­ли­че­ст­вах). Мо­жет быть, пов­реж­де­ние ге­на arcB прев­ра­ти­ло му­та­ции, ак­ти­ви­ру­ю­щие транс­порт цит­ра­та в клет­ку, из нейт­раль­ных или вред­ных в по­лез­ные? Пред­по­ло­же­ние выг­ля­дит прав­до­по­доб­ным, но ав­то­ры по­ка не су­ме­ли подт­вер­дить его экс­пе­ри­мен­таль­но.

Од­на­ко им уда­лось подт­вер­дить, что ка­кие-то ге­не­ти­чес­кие осо­бен­нос­ти кла­ды 3 действи­тель­но де­ла­ют уме­ние пог­ло­щать цит­рат из внеш­ней сре­ды бо­лее по­лез­ным. Что­бы убе­дить­ся в этом, они встав­ля­ли в предс­та­ви­те­лей пред­ко­во­го штам­ма и клад 1–3 по нес­коль­ко ко­пий ге­на citT под уп­рав­ле­ни­ем аэ­роб­но­го про­мо­то­ра. Ины­ми сло­ва­ми, они при­да­ва­ли мик­ро­бам спо­соб­ность пог­ло­щать цит­рат из внеш­ней сре­ды – и смот­ре­ли, пой­дет ли эта спо­соб­ность им на поль­зу.

Предс­та­ви­те­ли всех ген­но-мо­ди­фи­ци­ро­ван­ных штам­мов при­об­ре­ли спо­соб­ность под­ка­рм­ли­вать­ся цит­ра­том, но в очень раз­ной сте­пе­ни. Мик­ро­бы из кла­ды 3 де­ла­ли это луч­ше всех: они быст­ро пе­рек­лю­ча­лись с глю­ко­зы на цит­рат и хо­ро­шо рос­ли на чис­том цит­ра­те. Мик­ро­бы из клад 2 и 1 справ­ля­лись го­раз­до ху­же: им тре­бо­ва­лось боль­ше вре­ме­ни на пе­рек­лю­че­ние, и рос­ли на цит­ра­те они мед­лен­нее. Пред­ко­вый штамм ис­поль­зо­вал цит­рат еще ме­нее эф­фек­тив­но. Для то­го, что­бы пос­ле ис­чер­па­ния за­па­сов глю­ко­зы пе­рек­лю­чить­ся на пи­та­ние цит­ра­том, ему тре­бо­ва­лось око­ло двух су­ток. Меж­ду про­чим, это оз­на­ча­ет, что в ус­ло­ви­ях дол­гос­роч­но­го экс­пе­ри­мен­та он не по­лу­чил бы ни­ка­ко­го пре­и­му­ще­ст­ва от му­та­ции, ко­то­рая соз­да­ла фе­но­тип Cit⁺ в кла­де 3: ник­то не дал бы ему двух су­ток на раз­думья, ведь бак­те­рий пе­ре­са­жи­ва­ли в но­вую сре­ду с глю­ко­зой каж­дые сут­ки.

Эти ре­зуль­та­ты, как и ста­тис­ти­ка пов­тор­ных эво­лю­ци­он­ных экс­пе­ри­мен­тов, по­ка­зы­ва­ют, что «по­тен­ци­ро­ва­ние» про­хо­ди­ло как ми­ни­мум в два эта­па. Ве­ро­ят­ность фор­ми­ро­ва­ния фе­но­ти­па Cit⁺ вы­рос­ла при пе­ре­хо­де от пред­ко­во­го штам­ма к кла­дам 1 и 2 и сно­ва уве­ли­чи­лась при фор­ми­ро­ва­нии кла­ды 3.

Ин­те­рес­но, что пер­вые предс­та­ви­те­ли по­пу­ля­ции Ara-3, у ко­то­рых пос­ле по­ко­ле­ния №31 000 был за­ре­ги­ст­ри­ро­ван фе­но­тип Cit⁺, ис­поль­зо­ва­ли цит­рат еще очень не­эф­фек­тив­но, хо­тя у них уже бы­ли и «по­тен­ци­ру­ю­щие» му­та­ции, и тан­дем­ная дуп­ли­ка­ция, по­ка­зан­ная на рис. 2b. Но­вая функ­ция по­на­ча­лу бы­ла край­не не­со­вер­шен­на и да­ва­ла лишь ед­ва за­мет­ное пре­и­му­ще­ст­во. В хо­де даль­ней­шей эво­лю­ции эф­фек­тив­ность ис­поль­зо­ва­ния цит­ра­та мик­ро­ба­ми Cit⁺ быст­ро рос­ла. Ав­то­рам уда­лось рас­шиф­ро­вать один из ме­ха­низ­мов усо­вер­ше­н­ство­ва­ния: фраг­мент ДНК с ак­ти­ви­ро­ван­ным ге­ном citT прос­то-нап­рос­то под­ве­рг­ся еще нес­коль­ким дуп­ли­ка­ци­ям. Это, по-ви­ди­мо­му, ус­ко­ри­ло пог­ло­ще­ние цит­ра­та из внеш­ней сре­ды.

Та­ким об­ра­зом, фор­ми­ро­ва­ние эво­лю­ци­он­но­го нов­ше­ст­ва про­ис­хо­ди­ло в три эта­па. На пер­вом эта­пе (по­тен­ци­ро­ва­ние, potentiation) зак­ре­пи­лись му­та­ции, по­вы­сив­шие ве­ро­ят­ность по­яв­ле­ния приз­на­ка в бу­ду­щем. На вто­ром эта­пе (ак­ту­а­ли­за­ция, actualization) по­я­ви­лась и бы­ла под­дер­жа­на от­бо­ром клю­че­вая му­та­ция, прев­ра­тив­шая мик­ро­бов Cit^– в Cit⁺. Прав­да, по­на­ча­лу но­вый приз­нак был сла­бо вы­ра­жен и поч­ти не при­но­сил поль­зы. На зак­лю­чи­тель­ном, треть­ем эта­пе (усо­вер­ше­н­ство­ва­ние, refinement) приз­нак пос­те­пен­но оп­ти­ми­зи­ро­вал­ся. В ре­зуль­та­те его по­лез­ность мно­гок­рат­но вы­рос­ла.

Усо­вер­ше­н­ство­ва­ние – про­цесс, ко­то­рый мо­жет про­дол­жать­ся дол­го. Од­на­ко со­бы­тия, про­ис­хо­див­шие в по­пу­ля­ции Ara-3 пос­ле по­ко­ле­ния №35 000, труд­но ана­ли­зи­ро­вать. В это вре­мя сре­ди мик­ро­бов Cit⁺ расп­ро­ст­ра­ни­лась му­та­ция, по­вы­ша­ю­щая ско­рость му­та­ге­не­за при­мер­но в 20 раз (фе­но­тип mutator). Та­кие «му­та­то­ры» по­я­ви­лись не толь­ко в Ara-3, но и в нес­коль­ких дру­гих по­пу­ля­ци­ях. Най­ти сре­ди со­тен но­вых му­та­ций те, что свя­за­ны с усо­вер­ше­н­ство­ва­ни­ем цит­рат­но­го пи­та­ния, – за­да­ча по­ка слиш­ком труд­ная. Впро­чем, за­мо­ро­жен­ные бак­те­рии ни­ку­да не спе­шат и бу­дут спо­кой­но до­жи­дать­ся по­яв­ле­ния но­вых ис­сле­до­ва­тельс­ких ме­то­дик и при­бо­ров.

Источник:

sbio.info