Oamenii de ştiinţă au studiat o celulă construită sintetic, căreia i-au eliminat toate genele, cu excepţia celor esenţiale. Echipa a descoperit că, şi în condiţiile în care celula este astfel simplificată, ea poate evolua la fel de repede ca o celulă normală, demonstrând capacitatea organismelor de a se adapta, chiar şi cu un genom nenatural, care aparent i-ar oferi puţine şanse de supravieţuire.
Pentru studiul lor, o echipă de la universitatea Indiana, din Statele Unite, a folosit organismul sintetic Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B – o versiune minimizată a bacteriei M. mycoides care se găseşte în mod obişnuit în intestinele caprelor şi ale altor animale similare.
De-a lungul mileniilor, bacteria parazită şi-a pierdut în mod natural multe dintre genele sale, deoarece a evoluat pentru a depinde de gazda sa pentru nutriţie.
În 2016, cercetătorii de la Institutul J. Craig Venter din California au eliminat 45 la sută din cele 901 de gene din genomul natural al M. mycoides – reducându-l la cel mai mic set de gene necesare pentru o viaţă celulară autonomă.
Cu doar 493 de gene, genomul M. mycoides JCVI-syn3B este cel mai mic dintre oricare organism cunoscut care poate trăi liber, în comparaţie cu multe genomuri de animale şi plante care conţin peste 20.000 de gene.
În principiu, cel mai simplu organism nu ar avea redundanţe funcţionale şi ar poseda doar numărul minimal de gene esenţiale pentru viaţă.
Orice mutaţie într-un astfel de organism ar putea perturba letal una sau mai multe funcţii celulare, ceea ce ar impune constrângeri asupra evoluţiei sale.
Organismele cu genomuri simplificate au mai puţine ţinte asupra cărora poate acţiona selecţia naturală, care le limitează astfel posibilităţile de adaptare.
Deşi M. mycoides JCVI-syn3B a putut creşte şi s-a divizat în condiţii de laborator, echipa a vrut să afle cum ar răspunde în timp o astfel de celulă echipată cu un genom minimal (număr limitat de gene) la forţele evoluţiei, în special având în vedere materiile prime limitate asupra cărora selecţia naturală ar putea acţiona, precum şi aportul necaracterizat de noi mutaţii.
„Fiecare genă din genomul său este esenţială”, explică Jay T. Lennon, profesor în cadrul Colegiului de Ştiinţe şi Arte – departamentul de biologie, al universităţii Bloomington din Indiana, cu referire la M. mycoides JCVI-syn3B.
„S-ar putea emite ipoteza că nu există spaţiu de manevră pentru mutaţii, ceea ce ar putea limita potenţialul său de evoluţie”.
Cercetătorii au stabilit că M. mycoides JCVI-syn3B are, de fapt, o rată de mutaţie excepţional de ridicată.
Apoi au crescut-o în laborator, unde i s-a permis să evolueze liber timp de 300 de zile, echivalentul a 2000 de generaţii bacteriene sau a aproximativ 40.000 de ani de evoluţie umană.
Următorul pas a fost acela de a stabili experimente pentru a determina modul în care celulele cu genom minimal care au evoluat timp de 300 de zile s-au comportat în comparaţie cu M. mycoides original, cu genomul complet, precum şi cu o tulpină de celule minimale care nu a evoluat timp de 300 de zile.
În cadrul testelor comparative, cercetătorii au pus împreună cantităţi egale din tulpinile evaluate într-o eprubetă.
Tulpina mai bine adaptată la mediul în care se află a devenit tulpina cea mai comună.
Ei au descoperit că versiunea cu genom întreg a bacteriei a depăşit cu uşurinţă versiunea neevoluată cu mai puţine gene.
Surprinzător însă, bacteria cu genom redus care a evoluat timp de 300 de zile s-a descurcat mult mai bine, recuperând efectiv toată aptitudinea pe care o pierduse din cauza genomului limitat.
Cercetătorii au identificat genele care s-au schimbat cel mai mult în timpul evoluţiei. Unele dintre aceste gene au fost implicate în construirea suprafeţei celulei, în timp ce funcţiile altor câteva rămân necunoscute.
Înţelegerea modului în care organismele cu genomuri simplificate depăşesc provocările evolutive are implicaţii importante pentru probleme de lungă durată din domeniul biologiei – inclusiv tratamentul agenţilor patogeni, persistenţa endosimbionţilor (endobionţilor) asociaţi cu gazda, perfecţionarea microorganismelor modificate şi originea vieţii însăşi.
Cercetările efectuate de echipa din Indiana demonstrează puterea selecţiei naturale de a optimiza rapid activitatea în cel mai simplu organism autonom, cu implicaţii pentru evoluţia complexităţii celulare.
„Viaţa găseşte o cale pentru a evolua”, au concluzionat oamenii de ştiinţă de la Bloomington.
Studiul a fost publicat miercuri, în revista Nature.
