根據巴斯大學(xué)米爾納進(jìn)化中心的一項新研究，解開(kāi)的 DNA 中的纏結可以在細菌基因組中產(chǎn)生突變熱點(diǎn)。該研究的作者說(shuō)，這些發(fā)現將幫助我們在未來(lái)預測細菌和病毒隨時(shí)間的進(jìn)化，這有助于疫苗設計和更好地了解抗生素耐藥性。

雖然大多數進(jìn)化是由自然選擇形成的，只有那些適應環(huán)境的個(gè)體才能生存并傳遞他們的基因，但發(fā)表在《自然通訊》上的一項新研究表明，進(jìn)化也受到 DNA 鏈纏結的影響。

由巴斯大學(xué)與伯明翰大學(xué)合作領(lǐng)導的一組科學(xué)家研究了兩種土壤細菌熒光假單胞菌(SBW25 和 Pf0-1)的進(jìn)化。

當科學(xué)家們去除了一個(gè)使細菌能夠游泳的基因時(shí)，兩種細菌菌株都迅速進(jìn)化出再次游泳的能力，但使用的路線(xiàn)完全不同。

其中一種菌株(稱(chēng)為 SBW25)總是使特定基因的同一部分發(fā)生突變以重新獲得移動(dòng)性。

然而，每次科學(xué)家重復實(shí)驗時(shí)，另一種菌株(稱(chēng)為 Pf0-1)在不同基因的不同位置發(fā)生突變。

為了理解為什么一種菌株的進(jìn)化可以預測而另一種是不可預測的，他們比較了兩種菌株的 DNA 序列。他們發(fā)現，在以可預測的方式發(fā)生突變的 SBW25 菌株中，有一個(gè)區域的 DNA 鏈在其自身上回環(huán)，形成一個(gè)發(fā)夾狀的纏結。

這些纏結會(huì )破壞細胞機器，稱(chēng)為 DNA 聚合酶，它在細胞分裂過(guò)程中復制基因，因此更有可能發(fā)生突變。

當該團隊使用六個(gè)沉默突變(不改變產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的序列)去除發(fā)夾結構時(shí)，這消除了突變熱點(diǎn)，細菌開(kāi)始以更廣泛的方式進(jìn)化以恢復其游泳能力。

米爾納進(jìn)化中心的蒂芙尼·泰勒博士說(shuō)：“DNA 通常形成雙螺旋結構，但當 DNA 被復制時(shí)，鏈會(huì )短暫分離。

“我們發(fā)現 DNA 中存在熱點(diǎn)，其中序列導致分離的 DNA 鏈重新扭曲——有點(diǎn)像拉開(kāi)繩子的鏈——這會(huì )導致纏結。

“當 DNA 聚合酶沿著(zhù)鏈運行以復制基因時(shí)，它會(huì )碰到纏結并跳過(guò)，導致突變。

“我們的實(shí)驗表明，我們能夠通過(guò)改變序列以引起或防止發(fā)夾纏結來(lái)創(chuàng )建或去除基因組中的突變熱點(diǎn)。

“這表明，雖然自然選擇仍然是進(jìn)化中最重要的因素，但也有其他因素在起作用。

“如果我們知道細菌或病毒中潛在的突變熱點(diǎn)在哪里，它可能有助于我們預測這些微生物如何在選擇壓力下發(fā)生突變。”

已經(jīng)在癌細胞中發(fā)現了突變熱點(diǎn)，研究人員計劃在包括重要病原體在內的一系列細菌物種中尋找它們。

這些信息可以幫助科學(xué)家更好地了解細菌和病毒的進(jìn)化方式，從而有助于開(kāi)發(fā)針對新疾病變種的疫苗。它還可以更容易地預測微生物如何對抗生素產(chǎn)生抗藥性。

James Horton 博士，他最近完成了他的博士學(xué)位。在米爾納進(jìn)化中心，他說(shuō)：“像許多令人興奮的發(fā)現一樣，這是偶然發(fā)現的。我們正在研究的突變是所謂的無(wú)聲突變，因為它們不會(huì )改變產(chǎn)生的蛋白質(zhì)序列，所以最初我們不認為它們特別重要。

“然而，我們的發(fā)現從根本上挑戰了我們對沉默突變在適應中所起作用的理解。”

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