Biologer spelar om 500 miljoner år av E Coli-evolution i labbet

Biologin förändras så snabbt och i grunden att det är svårt att hålla reda på de revolutionära omvandlingar som är på gång.

Här är en av dem. Syntetisk biologi är design och konstruktion av biologiska system som inte finns i naturen. Detta är ingenjörskonst – att använda molekylära byggstenar för att skapa nya biomolekyler, som gener.

Här är en annan teknik. Genom att jämföra DNA från besläktade arter kan biologer räkna ut DNA-strukturen hos sina gemensamma förfäder.

Sedan kan de, med hjälp av syntetisk biologi, rekonstruera dessa sekvenser i labbet. På detta sätt har biologer börjat återuppliva alla slags uråldriga biomolekyler, inklusive hormonreceptorer och till och med uråldriga molekylära maskiner.

Idag avslöjar Betül Kaçar och Eric Gaucher vid Georgia Institute of Technology i Atlanta att de har kombinerat dessa tekniker för att utföra ett anmärkningsvärt experiment.

Dessa killar har rekonstruerat en gammal gen från en förfader till bakterieorganismen E coli som levde för cirka 500 miljoner år sedan. De har sedan ersatt den moderna versionen av denna gen med den gamla i en population av E coli.

Detta är första gången en gammal gen har integrerats genomiskt i stället för sin moderna motsvarighet i en samtida organism, säger de.

Detta är Jurassic Park i bakterieskala (även om ett bättre namn med tanke på tidsskalan kan vara Cambrian eller Ordovician Park).

Men Kaçar och Gaucher är inte färdiga där. De säger att deras gamla bakterier ger en unik möjlighet att spela om evolutionen i laboratoriet för att se om dagens E coli utvecklas om igen eller om något annat händer.

Tanken är att låta organismen utvecklas under många generationer under noggrant kontrollerade förhållanden. De olika anpassningarna kan mätas med hjälp av konditionskriterier, som hur lång tid det tar för bakteriepopulationen att fördubblas. Helgenomsekvensering kan sedan visa vilken typ av förändringar som sker.

Detta har aldrig gjorts med bakterier modifierade på detta sätt. Kaçar och Gaucher säger att det i huvudsak finns två klasser av möjliga resultat i dessa experiment.

Den första involverar själva genen. Antingen anpassar sig den antika genen upprepade gånger till det moderna nätverket för att producera en exakt kopia av sin moderna motsvarighet eller så utvecklas den på ett helt annat sätt.

Den andra klassen involverar nätverket av gener i den moderna organismen. Antingen utvecklas det moderna nätverket till det forntida nätverket - och återuppväcker därmed den antika varelsen - eller så anpassar sig det moderna nätverket på ett helt nytt sätt.

Problemet kommer förstås att vara att reta allt detta från de röriga experimentella detaljerna.

Hittills har Kaçar och Gaucher endast utfört preliminära konditionsmätningar. De säger att populationen av forntida E coli tar dubbelt så lång tid att fördubblas i storlek som de moderna varelserna. Men det är fortfarande tidigt i deras arbete med experimentell evolution.

Det nya tillvägagångssättet öppnar för möjligheten att undersöka alla möjliga intressanta frågor om vilken roll faktorer som slump och determinism har i evolutionen.

Till exempel vill Kaçar och Gaucher veta om evolution leder till en enda punkt eller till flera lösningar; om vissa mutationer är förutsägbara och om universella lagar styr biologisk evolution.

Det är den typen av frågor som kommer att hjälpa oss att förstå inte bara evolutionens roll när det gäller att producera liv-såsom-vi-vet-det, utan den roll den kan spela i livet-är-vi-har-aldrig-föreställt-det; med andra ord för liv på andra planeter och i konstgjorda livsformer som ännu inte har skapats i labbet.

Viktiga frågor från jobbet som kommer att vara värda att titta på i framtiden.

Ref: arxiv.org/abs/1209.5032 : Mot en sammanfattning av antikens historia i laboratoriet: kombinera syntetisk biologi med experimentell evolution

Dölj