Nasumična priroda genetske mutacije implicira da je evolucija uglavnom nepredvidljiva. Ali nedavna istraživanja sugerišu da to možda nije u potpunosti tako, jer interakcije između gena igraju veću ulogu od očekivane u određivanju kako se genom menja.
Poznato je da je veća verovatnoća da će neke oblasti genoma biti promenljive od drugih, ali nova studija sada sugeriše da evoluciona istorija vrste može igrati ulogu u tome da mutacije takođe budu predvidljivije.
„Implikacije ovog istraživanja nisu ništa drugo do revolucionarne“, kaže evolucioni biolog sa Univerziteta u Notingemu Džejms Mekinerni.
„Pokazujući da evolucija nije tako nasumična kao što smo nekada mislili, otvorili smo vrata nizu mogućnosti u sintetičkoj biologiji, medicini i nauci o životnoj sredini.
Biolog sa Univerziteta u Notingemu Alan Bivan i njegove kolege iskoristili su moć AI da istraže više od 2.000 kompletnih genoma bakterije Escherichia coli.
Bakterije su posebno lukave kada je u pitanju promena njihove DNK, jer su prilično vešte u krađi gena iz svog okruženja i ugrađivanju u svoj genom. Poznat kao horizontalni transfer gena, ovaj proces daje bakterijama lak pristup novim osobinama, kao što je uredno zaobilaženje antibiotika – nije potrebno dosadno čekanje da bi selekcija funkcionisala kroz generacije.
Zanimljivo je da horizontalno preneti geni koji pripadaju istoj osnovnoj grupi mogu završiti parkiranje na različitim pozicijama genoma bakterije. Istražujući horizontalne gene na različitim mestima, istraživači su mogli da vide kako je neposredno okruženje gena uticalo na njih.
Bili su u mogućnosti da testiraju misaoni eksperiment poznatog evolucionog biologa Stivena J. Gulda: ponavljanje trake evolucione istorije bi svaki put rezultiralo drugačijim, nepredvidivim ishodom, pošto evolucioni putevi zavise od nepredvidivih događaja.
Ako je to tačno, genom bakterije bi nastavio da se nasumično razvija nakon sticanja novog horizontalnog gena. Ali AI je pronašao obrasce predvidljivosti u ovim hiljadama „ponovnih reprodukcija trake“ nakon ovih događaja sticanja gena.
„Otkrili smo da se neke porodice gena nikada nisu pojavile u genomu kada je određena druga porodica gena već bila tamo, a u drugim prilikama, neki geni su u velikoj meri zavisili od prisustva druge porodice gena“, objašnjava mikrobiolog sa Univerziteta u Notingemu Marija Rosa. Domingo-Sananes.
Ova mreža ima više pojedinačnih klastera, u kojima možemo zaključiti pozitivne i negativne odnose između gena. pic.tvitter.com/rlZrKSECvNH
Dakle, istorija genoma, u zavisnosti od toga koje gene ima u to vreme, može odrediti koje gene će imati ili neće imati u budućnosti. Videli smo nagoveštaje ovoga ranije kroz gene koji su usko fizički pozicionirani na genetskim molekulima koji se gube ili dobijaju zajedno – povezani geni – ali to se takođe dešavalo sa genima koji nisu imali blisku fizičku vezu sa genomima bakterija.
„Neki aspekti evolucije su deterministički – to jest, verovatno će se desiti svaki put kada ponovo pustimo traku“, potvrđuju Bivan i tim u svom radu. „Prisustvo ili odsustvo gena je predvidljivo samo na osnovu drugih gena u genomu. Na primer, hipotetički gen A može predvideti prisustvo gena B samo u odsustvu gena C.“
Ovo ne krši pravilo slučajne mutacije; više je da sile prirodne selekcije rade i na molekularnom nivou, nešto što do nedavno nismo imali kompjutersku moć da u potpunosti vidimo. U suštini, sami genomi su sopstveni mikroskopski ekosistemi, unutar kojih geni mogu pomoći ili ometati jedni druge.
Dakle, dok bi premotavanje te trake o evoluciji E. Colija i dalje svaki put otkrivalo drugačiju evolucionu putanju, postojale bi i stotine ili hiljade predvidljivih događaja, sa jasnim obrascima koji se pojavljuju u ponovljenim gledanjima.
„Iz ovog rada možemo početi da istražujemo koji geni ‘podržavaju’ gen otpornosti na antibiotike, na primer“, objašnjava Bivan.
„Stoga, ako pokušavamo da eliminišemo rezistenciju na antibiotike, možemo ciljati ne samo fokalni gen, već možemo ciljati i njegove prateće gene.“
Ovo istraživanje je objavljeno u PNAS-u.
