Biologen spelen 500 miljoen jaar E Coli-evolutie na in het laboratorium

Biologie verandert zo snel en fundamenteel dat het moeilijk is om de revolutionaire transformaties die op komst zijn bij te houden.

Hier is er een van. Synthetische biologie is het ontwerp en de constructie van biologische systemen die niet in de natuur voorkomen. Dit is engineering – het gebruik van moleculaire bouwstenen om nieuwe biomoleculen, zoals genen, te creëren.

Hier is nog een techniek. Door het DNA van verwante soorten te vergelijken, kunnen biologen de DNA-structuur van hun gemeenschappelijke voorouders achterhalen.

Vervolgens kunnen ze met behulp van synthetische biologie deze sequenties in het laboratorium reconstrueren. Op deze manier zijn biologen begonnen met het doen herleven van allerlei oude biomoleculen, inclusief hormoonreceptoren en zelfs oude moleculaire machines.

Vandaag onthullen Betül Kaçar en Eric Gaucher van het Georgia Institute of Technology in Atlanta dat ze deze technieken hebben gecombineerd om een ​​opmerkelijk experiment uit te voeren.

Deze jongens hebben een oud gen gereconstrueerd van een voorouder van het bacteriële organisme E coli dat zo'n 500 miljoen jaar geleden leefde. Vervolgens hebben ze de moderne versie van dit gen vervangen door de oude in een populatie van E coli.

Dit is de eerste keer dat een oud gen genomisch is geïntegreerd in plaats van zijn moderne tegenhanger in een hedendaags organisme, zeggen ze.

Dit is Jurassic Park op bacteriële schaal (hoewel een betere naam gezien de tijdschaal Cambrium of Ordovicium Park zou kunnen zijn).

Maar daar zijn Kaçar en Gaucher nog niet klaar mee. Ze zeggen dat hun oude bacteriën een unieke kans bieden om de evolutie in het laboratorium na te spelen om te zien of de E coli van vandaag helemaal opnieuw evolueert of dat er iets anders gebeurt.

Het idee is om het organisme gedurende vele generaties in zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden te laten evolueren. De verschillende aanpassingen kunnen worden gemeten aan de hand van fitnesscriteria, zoals hoe lang het duurt voordat de bacteriepopulatie is verdubbeld. Whole genome sequencing kan dan laten zien wat voor soort veranderingen er optreden.

Dit is nog nooit gedaan met bacteriën die op deze manier zijn gemodificeerd. Kaçar en Gaucher zeggen dat er in wezen twee klassen van mogelijke uitkomsten zijn in deze experimenten.

De eerste betreft het gen zelf. Ofwel past het oude gen zich herhaaldelijk aan het moderne netwerk aan om een ​​exacte kopie van zijn moderne tegenhanger te produceren, ofwel evolueert het op een geheel andere manier.

De tweede klasse omvat het netwerk van genen in het moderne organisme. Ofwel evolueert het moderne netwerk naar het oude netwerk - waardoor het oude schepsel tot leven wordt gewekt - of het moderne netwerk past zich op een geheel nieuwe manier aan.

Het probleem zal natuurlijk zijn om dit alles te onderscheiden van de rommelige experimentele details.

Tot nu toe hebben Kaçar en Gaucher alleen voorlopige fitnessmetingen gedaan. Ze zeggen dat de populatie van oude E coli er twee keer zo lang over doet om in omvang te verdubbelen als de moderne wezens. Maar het is nog vroeg in hun werk aan experimentele evolutie.

De nieuwe benadering opent de mogelijkheid om allerlei interessante vragen te onderzoeken over de rol in de evolutie van factoren als toeval en determinisme.

Kaçar en Gaucher willen bijvoorbeeld weten of evolutie leidt tot één punt of tot meerdere oplossingen; of bepaalde mutaties voorspelbaar zijn en of universele wetten de biologische evolutie beheersen.

Dat zijn het soort vragen dat ons niet alleen zal helpen de rol van evolutie te begrijpen bij het voortbrengen van leven zoals we het kennen, maar ook de rol die het kan spelen in het leven dat we ons nooit hebben voorgesteld; met andere woorden voor leven op andere planeten en in kunstmatige levensvormen die nog in het laboratorium moeten worden gecreëerd.

Belangrijke vragen uit het werk die de moeite waard zijn om in de toekomst te bekijken.

Referentie: arxiv.org/abs/1209.5032 : Op weg naar de recapitulatie van oude geschiedenis in het laboratorium: het combineren van synthetische biologie met experimentele evolutie

zich verstoppen