生物谷報(bào)道：11月《Nature Genetics》雜志上,，加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）的研究人員對(duì)幾天內(nèi)實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)到的細(xì)菌基因組快速進(jìn)化變化進(jìn)行了描述,。先前,，研究人員已經(jīng)將上百種細(xì)菌種類(lèi)的基因組序列的靜態(tài)“快照”公布于眾,，新報(bào)道揭示了這些基因組向靶標(biāo)進(jìn)化過(guò)程改變的方式,。
“古生物學(xué)者通過(guò)化石,，研究數(shù)百萬(wàn)年前發(fā)生的恐龍等動(dòng)物的進(jìn)化過(guò)程,，新技術(shù)幫助我們觀(guān)察大腸桿菌幾天內(nèi)的發(fā)生進(jìn)化事件,，” 論文高級(jí)作者,、UCSD生物工程學(xué)教授Bernhard ? Palsson說(shuō)，“已經(jīng)發(fā)表的細(xì)菌基因組序列如同化石數(shù)據(jù),，我們的實(shí)驗(yàn)證實(shí)細(xì)菌的基因組會(huì)快速進(jìn)化,，以幫助細(xì)菌適應(yīng)新的環(huán)境,。”
過(guò)去由于技術(shù)條件的限制，生物學(xué)家推論細(xì)菌快速進(jìn)化,，需要在同一時(shí)刻仔細(xì)觀(guān)察數(shù)個(gè)基因的改變或者通過(guò)檢測(cè)生物體明顯的特征,、顯性變化。Palsson研究小組利用NimbleGen Systems公司開(kāi)發(fā)的比較基因組序列分析技術(shù),，在細(xì)菌全基因組中鑒別實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的變化,。
11月5日網(wǎng)絡(luò)版《《Nature Genetics》雜志上，研究人員報(bào)道說(shuō),，他們?cè)谌菀装l(fā)生突變的環(huán)境：碳源和能源即甘油的代謝條件差的環(huán)境中培養(yǎng)大腸桿菌,。從培養(yǎng)基中挑取細(xì)胞，對(duì)全基因組進(jìn)行測(cè)序,，尋找有利于快速生長(zhǎng)的突變,。
生長(zhǎng)的第七天，一種啟動(dòng)甘油降解過(guò)程的酶（甘油激酶,，glycerol kinase）的基因發(fā)生突,。攜帶突變甘油激酶的細(xì)胞的生長(zhǎng)速度比原代細(xì)胞生長(zhǎng)速度高20－60％。一種不相關(guān)的酶——RNA聚合酶也發(fā)生突變,。“幾乎所有的人都會(huì)感到吃驚,，因?yàn)镽NA聚合酶參與所有細(xì)胞的核心過(guò)程，” Palsson說(shuō),，“你不能指望此基因發(fā)生突變,，因?yàn)楹芏嗌飳W(xué)過(guò)程會(huì)受到影響，這如同一盞燈燒壞時(shí)更換大廈內(nèi)的線(xiàn)路系統(tǒng),。但是我們重復(fù)了50多次實(shí)驗(yàn),，RNA聚合酶一次次地發(fā)生突變。”
研究人員多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，在甘油培養(yǎng)基中培養(yǎng)6－8天后,，兩個(gè)基因一起發(fā)生突變，并且包含兩種突變的大腸桿菌比原代大常桿菌的生長(zhǎng)速度高150％,。為了確定高生長(zhǎng)速度是由突變引起的,，研究人員將兩個(gè)突變基因替換到原代細(xì)菌中，發(fā)現(xiàn)重新構(gòu)建的原代細(xì)菌生長(zhǎng)速度極快,。論文合作者,、先前是Palsson小組成員，現(xiàn)為黎巴嫩Mascoma 公司研究員的Christopher D. Herring說(shuō)：“我們期待發(fā)現(xiàn)更多的突變基因,，我們也擔(dān)憂(yōu)我們的結(jié)果是很難被理解,，但是兩者都不是問(wèn)題。”
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的所有突變可能是細(xì)胞分裂出錯(cuò)的結(jié)果,。利用NimbleGen Systems的比較基因組序列分析技術(shù)檢測(cè),，進(jìn)一步利用Sequenom生物技術(shù)公司的技術(shù),，分析DNA序列的精確變化。
“這種實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化研究的直接方法可作為探測(cè),、分析的新工具,，甚至可用于尋找各種有益于人類(lèi)的細(xì)菌功能，” Herring說(shuō),，“可能會(huì)有許多生物公司希望采用這種新方法,，輔助構(gòu)建有益細(xì)菌。”
UCSD技術(shù)轉(zhuǎn)讓和知識(shí)產(chǎn)權(quán)辦公室已經(jīng)對(duì)進(jìn)化實(shí)驗(yàn)方法申請(qǐng)了專(zhuān)利,。這種方法將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與最優(yōu)化細(xì)菌進(jìn)化設(shè)計(jì)過(guò)程相結(jié)合,，以具有商業(yè)優(yōu)勢(shì)。除此之外,，菌株的實(shí)驗(yàn)進(jìn)化有助于精煉進(jìn)化理論和相關(guān)的優(yōu)勝劣汰自然選擇過(guò)程。“意見(jiàn)調(diào)查表顯示,，許多人不相信發(fā)生進(jìn)化,，” Herring說(shuō)，“假如持懷疑態(tài)度的人能夠像我們一樣親眼目睹進(jìn)化發(fā)生,，我相信他們肯定會(huì)認(rèn)為進(jìn)化不僅是一個(gè)理論了,。”
