Biologen spielen 500 Millionen Jahre E-Coli-Evolution im Labor nach

Die Biologie verändert sich so schnell und grundlegend, dass es schwer ist, den Überblick über die revolutionären Veränderungen zu behalten, die im Gange sind.

Hier ist einer davon. Synthetische Biologie ist der Entwurf und die Konstruktion biologischer Systeme, die in der Natur nicht vorkommen. Das ist Engineering – molekulare Bausteine ​​zu verwenden, um neue Biomoleküle wie Gene zu erschaffen.

Hier ist eine andere Technik. Durch den Vergleich der DNA verwandter Arten können Biologen die DNA-Struktur ihrer gemeinsamen Vorfahren herausfinden.



Anschließend können sie diese Sequenzen mithilfe der synthetischen Biologie im Labor rekonstruieren. Auf diese Weise haben Biologen begonnen, alle Arten uralter Biomoleküle wiederzubeleben, einschließlich Hormonrezeptoren und sogar uralter molekularer Maschinen.

Betül Kaçar und Eric Gaucher vom Georgia Institute of Technology in Atlanta verraten heute, dass sie diese Techniken kombiniert haben, um ein bemerkenswertes Experiment durchzuführen.

Diese Jungs haben ein uraltes Gen von einem Vorfahren des Bakterienorganismus E coli rekonstruiert, der vor etwa 500 Millionen Jahren lebte. Sie haben dann die moderne Version dieses Gens in einer Population von E coli durch die alte ersetzt.

Dies sei das erste Mal, dass ein altes Gen genomisch anstelle seines modernen Gegenstücks in einen zeitgenössischen Organismus integriert wurde, heißt es.

Dies ist Jurassic Park auf bakterieller Ebene (obwohl ein besserer Name angesichts der Zeitskala Cambrian oder Ordovician Park sein könnte).

Aber Kaçar und Gaucher sind damit noch nicht fertig. Sie sagen, dass ihre alten Bakterien eine einzigartige Gelegenheit bieten, die Evolution im Labor zu wiederholen, um zu sehen, ob sich die heutigen E coli noch einmal entwickeln oder ob etwas anderes passiert.

Die Idee ist, dass sich der Organismus unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen über viele Generationen hinweg entwickeln kann. Die verschiedenen Anpassungen lassen sich anhand von Fitnesskriterien messen, etwa wie lange es dauert, bis sich die Bakterienpopulation verdoppelt. Die Sequenzierung des gesamten Genoms kann dann zeigen, welche Arten von Veränderungen auftreten.

Dies wurde mit so modifizierten Bakterien noch nie gemacht. Kaçar und Gaucher sagen, dass es bei diesen Experimenten im Wesentlichen zwei Klassen möglicher Ergebnisse gibt.

Die erste betrifft das Gen selbst. Entweder passt sich das antike Gen immer wieder an das moderne Netzwerk an, um eine exakte Kopie seines modernen Gegenstücks zu erzeugen, oder es entwickelt sich auf ganz andere Weise.

Die zweite Klasse umfasst das Netzwerk von Genen im modernen Organismus. Entweder entwickelt sich das moderne Netzwerk zum alten Netzwerk – und erweckt dadurch die uralte Kreatur wieder zum Leben – oder das moderne Netzwerk passt sich auf völlig neue Weise an.

Das Problem wird natürlich darin bestehen, all dies von den unordentlichen experimentellen Details zu trennen.

Bisher haben Kaçar und Gaucher nur vorläufige Fitnessmessungen durchgeführt. Sie sagen, dass die Population des alten E. coli doppelt so lange braucht, um sich zu verdoppeln, wie die der modernen Kreaturen. Aber es ist noch am Anfang ihrer Arbeit an der experimentellen Evolution.

Der neue Ansatz eröffnet die Möglichkeit, alle möglichen interessanten Fragen zur Rolle von Faktoren wie Zufall und Determinismus in der Evolution zu untersuchen.

Kaçar und Gaucher wollen beispielsweise wissen, ob die Evolution zu einem einzigen Punkt oder zu mehreren Lösungen führt; ob bestimmte Mutationen vorhersehbar sind und ob universelle Gesetze die biologische Evolution bestimmen.

Dies sind die Art von Fragen, die uns helfen werden, nicht nur die Rolle der Evolution bei der Herstellung des Lebens, wie wir es kennen, zu verstehen, sondern auch die Rolle, die sie im Leben spielen kann, das wir uns nie vorgestellt haben; also für Leben auf anderen Planeten und in künstlichen Lebensformen, die noch im Labor geschaffen werden müssen.

Wichtige Fragen aus der Arbeit, die es in Zukunft wert sind, angeschaut zu werden.

Ref: arxiv.org/abs/1209.5032 : Auf dem Weg zur Rekapitulation der alten Geschichte im Labor: Synthetische Biologie mit experimenteller Evolution verbinden

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