Читать «Журнал «Компьютерра» № 22 от 13 июня 2006 года» онлайн - страница 19

В таких экспериментах используется жесткий отбор бактерий на устойчивость к воздействию, требующему изменения нескольких генов. Как мы недавно писали (см. «КТ» #637), одновременный отбор по многим генам неэффективен, поэтому генетические изменения бактерий выстраиваются «в цепочку». Вначале происходит одна мутация, повышающая устойчивость. После ее распространения по популяции становится вероятной закрепление второй мутации, и так продолжается до достижения конечного состояния. Естественно, для этого необходимо, чтобы цепочка мутаций могла выстроиться в последовательность, где на каждом следующем этапе бактерии лучше приспособлены к изменившейся среде.

В Гарвардском университете изучали развитие устойчивости бактерий к антибиотику цефотаксиму. Чтобы защититься от него, бактериям нужны пять замен в гене фермента бета-лактамазы. Появление пяти мутаций сразу невероятно, и эволюционирующие бактерии должны пройти как минимум через четыре промежуточных состояния (первая мутация из пяти, вторая и т. д.). Количество траекторий, не предусматривающих возвратного движения, 5!=120, а возможных промежуточных состояний – тридцать. С помощью генной инженерии были сконструированы все тридцать промежуточных ферментов. Для каждого из ферментов была измерена устойчивость к антибиотику обладающих им бактерий. Из ста двадцати траекторий сто две требуют снижения приспособленности и отметаются. Наиболее удачны два возможных пути. Согласно расчетам, этими путями должны пройти 50% всех эволюционирующих линий бактерий. Еще 49% используют восемь менее удачных траекторий, а оставшимися восемью биохимическими тропинками пройдет лишь 1% групп бактерий.

Исследователи из Университета Райса в Хьюстоне попытались отследить подобный процесс преобразования «вживую» и выбрали бактерий из горячих источников. Дикий тип Geobacillus stearothermophilus живет при 73 °С. Экспериментаторы использовали мутантную линию, потерявшую термоустойчивость, и выращивали ее во все более горячей воде, так что бактериям приходилось восстанавливать поврежденный ген. Первым шагом стала мутация, позволяющая выдерживать температуру в 62 °С, после нее появилось пять модификаций, из которых две оказались устойчивее других. Увы, восстановить дикий тип так и не удалось. Но повторив эксперимент, исследователи получили те же этапы эволюции экспериментальной популяции.

Кажется, удалось доказать, что биохимическая эволюция бактерий идет накатанной колеей. Но обратите внимание: в обоих случаях моделировалось развитие уже существовавшего признака. Это относится и к широко распространенной (в результате нашей деятельности) устойчивости к антибиотикам и к естественной термофильности жителей горячих источников. А вот в случаях «-аций», с которых мы начали, возникает нечто принципиально иное, что не объяснишь точечными мутациями, выстроенными в цепочку. Тем интереснее узнать, что канализованность развития живых существ предопределяется еще на молекулярном уровне. – Д.Ш.