Гены не существуют изолированно, они расположены рядом друг с другом на длинных молекулах ДНК, называемых хромосомами. До сих пор мало что известно о том, как положение гена на хромосоме влияет на ее эволюцию. Команда австрийских экспертов Института науки и технологий показывает, что соседство гена может влиять на то, меняется ли его активность гена.
Ведущий автор Калин Гет поясняет, что активность гена может быть изменена мутациями, изменениями ДНК, которые могут быть унаследованы. Это может сделать организм лучше приспособленным к окружающей среде. Например, бактерии производят больше белка, который помогает им защититься от антибиотика. В новых экспериментах, Гет с коллегами использовали экспериментальную эволюцию, чтобы изучить, как положение гена на хромосоме влияет на мутации, которые увеличивают его активность.
Исследователи создали ДНК кишечной бактерии Escherichia coli, наблюдая за тем, как ген устойчивости к антибиотикам действует в разных местах хромосомы. Этот ген позволяет бактериям выкачивать из клетки тетрациклин. В начале эксперимента ген почти полностью отключился. Затем исследователи добавили больше тетрациклина к окружающей среде бактерий. Это заставляет микроорганизмы переключать ген на мутацию, так как создание большего количества генов устойчивости к антибиотикам позволяет им размножаться и выживать.
Авторы обнаружили, что бактерии с большей вероятностью выживают с геном устойчивости в некоторых местах хромосомы, по сравнению с другими. Это связано с тем, что соседи генов влияют на то, какие типы мутаций могут возникать и некоторые формы мутаций возникают только в том случае, если их разрешают соседние гены. «Мы показываем, что гены могут влиять на мутацию и адаптивный потенциал соседних генов. Организация генов на хромосоме является одновременно причиной и следствием эволюционных изменений», объясняет Гет.
Полученные результаты имеют жизненно важные последствия для глобальной проблемы с устойчивостью к антибиотиков. Соавтор исследования Магдалена Штайнрюк добавляет: «Это похоже на то, как люди развиваются: соседи в вашем районе могут очень сильно влиять на ваше будущее. Наши данные показывают, как устойчивость к антибиотикам сильно зависит от окрестностей гена».