Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Ewolucyjny sens stosunków „płciowych” bakterii - nowa publikacja dr Rafała Mostowego w Science Advances

Ewolucyjny sens stosunków „płciowych” bakterii - nowa publikacja dr Rafała Mostowego w Science Advances

Jaka jest najlepsza genetyczna strategia tworzenia potomstwa? Seks to świetny sposób na zdobywanie nowych, adaptacyjnych kombinacji genów, ale wydaje się, że poprzez rekombinacje ryzykujemy również rozbicie adaptacyjnych zestawów genów. Która strategia jest więc korzystniejsza z punktu widzenia ewolucji? Okazuje się, że bakterie mogą dostarczyć jednej z odpowiedzi na to pytanie. Więcej na ten temat czytamy w niedawnej publikacji, która jest efektem współpracy naukowców z Małopolskiego Centrum Biotechnologii i Big Data Institute na Uniwersytecie Oksfordzkim.

Artykuł ten został zaadaptowany na podstawie oryginalnego artykułu autorstwa i za zgodą dr Rafała Mostowego, opublikowanego na stronie internetowej Mostowy Lab, oraz publikacji w Science Advances.

Wielu biologów odpowiedź na pytanie, czy seks jest lepszy niż brak seksu, uważa za oczywistą. Seks jest lepszy, ponieważ zwiększa różnorodność genetyczną, którą wykorzystuje presja selekcyjna, przyspieszając tym samym adaptację populacji do zmieniających się warunków środowiska. Ale z drugiej strony potomstwo pochodzące ze stosunku płciowego nie musi zwiększać różnorodności, a zwiększona różnorodność nie musi być korzystna. A jednak prawie wszystkie znane organizmy angażują się w jakąś formę stosunku płciowego. Jeśli więc seks i rekombinacja są tak powszechne, być może nie powinniśmy pytać, jaka jest najlepsza strategia genetyczna tworzenia potomstwa, a zamiast tego powinniśmy zapytać, jakie tempo wymiany genów jest ewolucyjnie optymalne?

Rozwiązłe bakterie

Bakterie właściwie nie angażują się w rozmnażanie płciowe, ale przechodzą horyzontalny transfer genów (HGT), który jest zwykle definiowany jako połączenie trzech różnych procesów: transformacji, koniugacji i transdukcji (patrz poniżej).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rysunek autorstwa Doroty Pacześniak

HGT różni się zasadniczo od rekombinacji eukariotycznej. Koniugacja i transdukcja nie są autonomicznymi procesami bakteryjnymi, napędzanymi przez przepływ samolubnych, ruchomych elementów genetycznych, podczas gdy transformacja rozwinęła się jako mechanizm zapobiegający, a nie umożliwiający, wzrost różnorodności genetycznej.

Co ważne, różne linie bakteryjne przechodzą HGT w różnym tempie. Tempo HGT nie jest jedyną cechą, która może się różnić między szczepami bakteryjnymi, tak więc podczas prowadzenia badań genomowych obserwuje się dodatnią korelację między częstością występowania HGT a daną cechą (np. występowaniem antybiotykooporności). Można pokusić się o stwierdzenie, że horyzontalny transfer genów jest adaptacyjny i pomaga szczepom przystosować się poprzez nabycie danej cechy (pomaga bakteriom uodpornić się na antybiotyki). Ale jeżeli dowiedzieliśmy się czegoś z 150 lat badań nad ewolucją stosunku płciowego, to to, że więcej seksu nie zawsze jest bardziej korzystne. Więc czy szczepy bakterii, które w większym stopniu ulegają HGT, są lepsze w dostosowywaniu się do zmiennych warunków?

Aby odnieść się do tych dwóch hipotez, dr Rafał Mostowy z MCB UJ współpracował z dr Sonją Lehtinen i prof. Christoph'em Fraser'em z Big Data Institute na Uniwersytecie Oksfordzkim oraz kilkoma innymi naukowcami z innych instytucji. Analizowali oni zbiór izolatów bakterii zakaźnych Streptococcus pneumoniae z Mae La, obozu dla uchodźców na granicy tajlandzko-birmańskiej. Próbki były izolowane od matek i niemowląt w przeciągu 3 lat. Badacze oceniali tempo HGT w różnych liniach bakteryjnych i analizowali relację między częstością występowania oporności na antybiotyki a czasem rozprzestrzeniania się bakterii. Stwierdzili, że częstość pojawiania się HGT nie tłumaczy obserwowanej częstości występowania oporności na antybiotyki, a to z kolei najlepiej wyjaśniają właściwości nośnika bakteryjnego - im dłużej nośnik bakteryjny jest przenoszony, tym większe jest prawdopodobieństwo rozwinięcia się oporności na antybiotyki.

Wnioski z publikacji

Jeden z ważnych wniosków z publikacji nie jest najbardziej kontrowersyjny, a mianowicie, że korelacja nie jest przyczyną. W badaniach genomowych, w których otrzymuje się współczynniki HGT, dodatnie korelacje między tempem HGT a daną cechą nie powinny być natychmiast interpretowane jako dowód wartości adaptacyjnej HGT. Wiemy oczywiście, że HGT jest potężnym narzędziem ewolucyjnym, ale bycie bardziej podatnym na samą wymianę genów nie zawsze jest korzystne. Rezultaty badań pokazują również, jak mało jeszcze rozumiemy o wpływie tempa HGT na dynamikę ewolucyjną populacji bakterii i rolę ewolucyjną samego wskaźnika HGT. Szybki wzrost baz danych genomicznych daje niesamowitą szansę na zbadanie tych kwestii. Jednakże, z milionami genomów na wyciągnięcie ręki, istnieje pokusa "sięgania po najniżej wiszące owoce" i przedstawiania obserwacji wynikających z nowo zsekwencjonowanych danych, a nie lepszego zrozumienia związków pomiędzy wcześniej oszacowanymi wartościami. Wszystko omówione w tym artykule hipotezy i wnioski będą nam potrzebne do zapewnienia spójnych ram intelektualnych, aby zrozumieć rolę HGT w adaptacji bakterii.