進化生物學(xué)中的一個關(guān)鍵問題是新基因是如何產(chǎn)生和發(fā)展的。瑞典研究人員現(xiàn)在展示了如何從隨機DNA序列中選擇有利于細菌的新基因和功能。結(jié)果發(fā)表在科學(xué)期刊mBio上。

新基因和功能蛋白如何產(chǎn)生和發(fā)展?這是進化生物學(xué)中最基本的問題之一。已經(jīng)提出了兩種不同類型的機制：(1)具有新功能的新基因來自現(xiàn)有基因，和(2)新基因和蛋白質(zhì)從隨機DNA序列進化而與現(xiàn)有基因和蛋白質(zhì)沒有相似性。在本研究中，研究人員探索了后一種機制：來自隨機DNA序列的新基因和蛋白質(zhì)的進化 - 稱為de novo evolution。很容易理解，當(dāng)一個基因已經(jīng)存在時，它可以被修改并獲得一個新的功能。但是，“沒有”如何變成一種能夠提供自然選擇所青睞的小優(yōu)勢的功能呢?

該實驗的原料是一個包含大約5億隨機基因序列的大型文庫，從中鑒定出具有生物學(xué)功能的肽序列。在該實驗中，將隨機基因序列置于質(zhì)粒上并過表達?？茖W(xué)家們隨后調(diào)查了他們是否可以給細菌一種特定的特定屬性。例如，他們是否能夠賦予細菌抗生素抗性?他們發(fā)現(xiàn)了幾種短肽(22-25個氨基酸長)可以使細菌對氨基糖苷類具有高度抗性，氨基糖苷類是一種用于嚴重感染的重要抗生素。

“當(dāng)項目開始時，我們的期望很低。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)肽能夠?qū)⒖剐运教岣?8倍時，我們感到驚訝，”該研究的主要作者Michael Knopp博士說。

通過遺傳和功能實驗的結(jié)合，科學(xué)家們能夠證明這些肽通過將自身附著在細菌細胞膜上并影響膜上的質(zhì)子電位而產(chǎn)生抗性。質(zhì)子電位的破壞導(dǎo)致抗生素攝取減少，使細菌產(chǎn)生抗性。

“這項研究很重要，因為它表明完全隨機的氨基酸序列可以產(chǎn)生新的有利功能，并且這種從頭進化的過程可以在實驗室中通過實驗進行研究，”醫(yī)學(xué)教授Dan I. Andersson說。細菌學(xué)，主要負責(zé)該研究。