Синтетические молекулы

Исследователи из Института Скриппс (США) работают над двумя вопросами: проверкой теории РНК-мира и исследованием происхождения митохондрий. Ученые используют для этого специально созданные синтетические микроорганизмы, которые повторяют ключевые особенности наших далеких предков, сообщает Phys.org

Согласно теории РНК-мира, впервые сформулированной в 1960-х годах, на ранних этапах эволюции жизнь использовала для хранения генетической информации молекулы РНК. Это соединение менее стабильно, чем ДНК, но может выполнять больше функций, например, ускорять химические реакции. Идея РНК-мира очень популярна среди биологов, однако пока неизвестно, как и почему происходил переход от РНК к ДНК.

Исследователи предполагают, что организмы, хранившие генетическую информацию в РНК, были менее приспособленны, чем их сородичи, использовавшие ДНК, и поэтому уступили им в эволюционной гонке. Чтобы проверить эту идею, сотрудники Института Скриппс создали бактерии Escherichia coli, чей геном наполовину состоит из РНК. В настоящее время биологи изучают, как химерный геном влияет на рост и размножение бактерий.

Поскольку синтетические E. coli успешно выживают, возможно, подобные организмы с переходными признаками действительно существовали в далеком прошлом. В другом исследовании ученые попытались сымитировать события, произошедшие около 1,5 млрд лет назад. Как считается, именно тогда эукариоты (высшие организмы, клетки которых содержат ядра)) получили митохондрии — внутриклеточные «электростанции». Изначально митохондрии были свободноживущими бактериями, но вступили в симбиоз с другими клетками и утратили самостоятельность.

В попытке подробнее изучить этот процесс исследователи создали синтетические дрожжи Saccharomyces cerevisiae, в клетках которых живут бактерии E. coli. Бактерии модифицировали так, чтобы они зависели от хозяев и могли снабжать их энергией — подобно настоящим митохондриям. Работу собственных митохондрий дрожжей при этом частично заблокировали.

Некоторые штаммы модифицированных дрожжей успешно приспособились к симбиозу с бактериями и размножались в течение 40 поколений. Это говорит о том, что такие эволюционные линии могли существовать неограниченно долго.

Теперь ученые намерены радикально уменьшить геном симбиотических бактерий. Дело в том, что у митохондрий он состоит всего из 37 генов, хотя у их предков, скорее всего, был намного больше. Эксперименты показали, что у симбиотических E. coli можно без последствий изъять гены всех аминокислот и некоторых других соединений. В конце концов исследователи попытаются создать симбиотическую бактерию с минимальным геномом.

В дальнейших работах команда попытается восстановить и другие переломные моменты эволюции. Например, исследовать, как у растений появились хлоропласты — симбиотические органеллы, которые используются в процессе фотосинтеза.

 

31.10.2018









 
архив

подписка