Розвиток найпростіших синтетичних клітин відбувається швидше, ніж природних, – дослідження

Одноклітинні форми життя потребують лише найпростіших еволюційних точок опори, щоб встати на ноги в навколишньому середовищі.

Навіть наймінімальніша клітина, яка містить лише 493 гени, може мутувати та адаптуватися, щоб покращити свою пристосованість, кажуть дослідники, що є критично важливим кроком у забезпеченні стійкості та стабільності життя, що тепер було продемонстровано в лабораторії.

Ці висновки були зроблені групою дослідників із США та Бразилії, які позбавили клітину всіх генів, окрім найважливіших, щоб перевірити, чи здатна вона еволюціонувати.

Клітина є штучно оптимізованою версією Mycoplasma mycoides – паразитичної бактерії, що мешкає в кишечнику кіз та інших жуйних тварин.

З часом, коли цей паразит почав покладатися на свого господаря для виживання, він втратив багато своїх оригінальних генів.

Сьогодні в його геномі залишився лише 901 ген, що дуже мало порівняно з тисячами генів, які кодують білки в багатьох інших видах бактерій, або навіть з десятками тисяч, знайдених у рослинах і тваринах.

Коли вчені синтетично видалили ще 41 відсоток генів M. mycoides, залишивши лише найнеобхідніші послідовності, вони створили вільноживучу клітину з найменшим геномом серед усіх організмів, вирощених у чистій культурі.

За словами біолога Джея Леннона з Університету Індіани, відредагована бактерія, названа M. mycoides JCVI-syn3B, являє собою “голі кістки” того, що необхідно для виживання клітини.

“Можна припустити, що в ній немає місця для мутацій, – каже Леннон, – що могло б обмежити її потенціал до еволюції”.

Але навіть цей скелет здатен на більше, ніж ви можете собі уявити.

“Ми можемо спростити [клітину] до найнеобхіднішого, – пояснює Леннон, – але це не заважає еволюції працювати”.

Коли Леннон і його колеги дозволили M. mycoides JCVI-syn3B рости в лабораторії протягом 300 днів (що еквівалентно 2 000 бактеріальних поколінь), вони виявили надзвичайно високу швидкість мутацій для такої простої клітини.

Порівняно з оригінальним M. mycoides, цей новий штам еволюціонував на 39 відсотків швидше, повернувши собі всю придатність, яку він втратив, коли дослідники штучно видалили багато його генів.

Коли їх помістили в одну пробірку з іншими мінімальними клітинами, які не розвивалися протягом 300 днів, клітини, що розвинулися, випередили інших, перехопивши ініціативу і ставши більш домінуючим штамом. Він явно був краще пристосований до свого середовища.

“Наші результати демонструють, що природний відбір може швидко підвищити пристосованість одного з найпростіших автономно зростаючих організмів”, – пишуть Леннон і його колеги.

Теоретично, чим більша клітина, тим більшу складність вона може вмістити. На диво, клітини, що еволюціонували, не збільшилися у фізичних розмірах. Дослідники підозрюють, що це пов’язано з тим, що половина мембранних білків була видалена, а це означає, що клітині не вистачало ресурсів для збільшення свого об’єму.

Хоча залишається ще багато нюансів для дослідження, зокрема, які гени еволюціонували і чому, отримані результати свідчать про те, що природний відбір є достатньо потужним, щоб оптимізувати навіть найпростіші одноклітинні організми.

“Іншими словами, – підсумовують автори, – це показує, що життя знаходить спосіб”.