新技術幫助我們觀察大腸杆菌幾天內的發生進化事件 ZT

http://www.bioon.com/biology/postgenomics/241899.shtml


Nature Gene：細菌基因組正在快速進化

信息來源：本站原創　更新時間：2006-11-8 8:57:00

生物穀報道：11月《Nature Genetics》雜誌上，加州大學聖地亞哥分校（UCSD）的研究人員對幾天內實時觀測到的細菌基因組快速進化變化進行了描述。先前，研究人員已經將上百種細菌種類的基因組序列的靜態“快照”公布於眾，新報道揭示了這些基因組向靶標進化過程改變的方式。

“古生物學者通過化石，研究數百萬年前發生的恐龍等動物的進化過程，新技術幫助我們觀察大腸杆菌幾天內的發生進化事件，” 論文高級作者、UCSD生物工程學教授Bernhard ? Palsson說，“已經發表的細菌基因組序列如同化石數據，我們的實驗證實細菌的基因組會快速進化，以幫助細菌適應新的環境。”

過去由於技術條件的限製，生物學家推論細菌快速進化，需要在同一時刻仔細觀察數個基因的改變或者通過檢測生物體明顯的特征、顯性變化。Palsson研究小組利用NimbleGen Systems公司開發的比較基因組序列分析技術，在細菌全基因組中鑒別實驗過程中發生的變化。

11月5日網絡版《《Nature Genetics》雜誌上，研究人員報道說，他們在容易發生突變的環境：碳源和能源即甘油的代謝條件差的環境中培養大腸杆菌。從培養基中挑取細胞，對全基因組進行測序，尋找有利於快速生長的突變。

生長的第七天，一種啟動甘油降解過程的酶（甘油激酶，glycerol kinase）的基因發生突。攜帶突變甘油激酶的細胞的生長速度比原代細胞生長速度高20－60％。一種不相關的酶——RNA聚合酶也發生突變。“幾乎所有的人都會感到吃驚，因為RNA聚合酶參與所有細胞的核心過程，” Palsson說，“你不能指望此基因發生突變，因為很多生物學過程會受到影響，這如同一盞燈燒壞時更換大廈內的線路係統。但是我們重複了50多次實驗，RNA聚合酶一次次地發生突變。”

研究人員多次實驗發現，在甘油培養基中培養6－8天後，兩個基因一起發生突變，並且包含兩種突變的大腸杆菌比原代大常杆菌的生長速度高150％。為了確定高生長速度是由突變引起的，研究人員將兩個突變基因替換到原代細菌中，發現重新構建的原代細菌生長速度極快。論文合作者、先前是Palsson小組成員，現為黎巴嫩Mascoma 公司研究員的Christopher D. Herring說：“我們期待發現更多的突變基因，我們也擔憂我們的結果是很難被理解，但是兩者都不是問題。”

實驗過程中出現的所有突變可能是細胞分裂出錯的結果。利用NimbleGen Systems的比較基因組序列分析技術檢測，進一步利用Sequenom生物技術公司的技術，分析DNA序列的精確變化。

“這種實驗室進化研究的直接方法可作為探測、分析的新工具，甚至可用於尋找各種有益於人類的細菌功能，” Herring說，“可能會有許多生物公司希望采用這種新方法，輔助構建有益細菌。”

UCSD技術轉讓和知識產權辦公室已經對進化實驗方法申請了專利。這種方法將計算機模擬技術與最優化細菌進化設計過程相結合，以具有商業優勢。除此之外，菌株的實驗進化有助於精煉進化理論和相關的優勝劣汰自然選擇過程。“意見調查表顯示，許多人不相信發生進化，” Herring說，“假如持懷疑態度的人能夠像我們一樣親眼目睹進化發生，我相信他們肯定會認為進化不僅是一個理論了。”