Ученые смоделировали процесс эволюции в пробирке

Схема аппарата, моделирующего процесс эволюции РНК. Иллюстрация из статьи авторов исследования

Американские ученые из Исследовательского института Скриппса разработали автоматизированную систему, которая позволяет за короткое время воссоздавать процесс эволюции молекул РНК. Статья с описанием результатов их работы опубликована в журнале PLoS Biology.

Ученые моделировали эволюцию молекул РНК, обладающих каталитическими свойствами. Выбранные для исследования молекулы способны катализировать собственное воспроизведение. Длинные молекулы РНК состоят из отдельных блоков - нуклеотидов. В присутствии нуклеотидов и фермента, который "собирает" на матрице молекулы РНК ее копию, молекулы могут размножаться.

Для воспроизведения процесса эволюции ученые выбрали молекулы РНК, которые не очень эффективно катализировали собственное размножение. Через 70 часов эволюции in vitro молекулы стали выполнять свои функции в 90 раз эффективнее.

Эксперимент проводился по следующей схеме. В реакционной смеси, где размножались РНК, содержался флуоресцентный краситель, который встраивается в новосинтезированные цепи РНК, однако не взаимодействует с отдельными нуклеотидами. Флуоресценция реакционной смеси постоянно измерялась. При ее усилении в 10 раз из смеси отбиралась аликвота (небольшое количество) и переносилась в пустую емкость. К аликвоте добавляли свежие реагенты, необходимые для размножения молекул: нуклеотиды и фермент, обеспечивающий синтез цепи.

Таким образом ученые моделировали процесс отбора. При наличии большого количества реагентов все молекулы РНК "выживают" и размножаются. В условиях недостатка реактивов преимущество получают молекулы, которые способны наиболее эффективно катализировать собственное размножение, а значит - увеличивать число копий самих себя.

Изначально все молекулы РНК имели одинаковую последовательность нуклеотидов. Однако при синтезе новых цепей фермент делает ошибки. Соответственно, "дочерние" молекулы не всегда являются точными копиями "родительских". Некоторые мутации новосинтезированных цепей никак не влияют на их функции, некоторые увеличивают эффективность синтеза, а некоторые, напротив, уменьшают.

В условиях недостатка реагентов преимущественно размножаются те молекулы, мутации в которых увеличили эффективность их "работы". Соответственно, число таких мутантных молекул растет. Число тех молекул, которые недостаточно эффективно катализируют свое размножение, не изменяется. Шансы таких молекул попасть в число "счастливчиков", которых заберут из истощенной смеси, все время уменьшаются.

Всего ученые провели 500 этапов отбора. Проанализировав молекулы, "дожившие" до последнего этапа, они обнаружили, что в них накопилось 11 мутаций, которые тем или иным образом увеличивали эффективность синтеза.

Помимо того, что разработанная учеными система наглядно иллюстрирует принципы дарвиновской эволюции, она может иметь и практическое применение. Используя разработанную ими схему отбора можно получать, например, молекулы, реагирующие на следовые количества загрязняющих веществ. Улучшая в процессе "эволюции" свойства таких молекул, можно добиться чрезвычайно высокой чувствительности.

Обсудить
Demonstrators take part in a protest aimed at showing London's solidarity with the European Union following the recent EU referendum, inTrafalgar Square, central London, Britain June 28, 2016. REUTERS/Dylan Martinez TPX IMAGES OF THE DAYСпасет ли уход Меркель Европу?
Свое 60-летие Европейский союз встречает в состоянии экзистенциального кризиса
Participants attend a gay pride parade in central Istanbul June 30, 2013. Tens of thousands of anti-government protesters teamed up with a planned gay pride march in Istanbul. Crowds were stopped by riot police from entering Taksim, the centre of previous protests, but the atmosphere appeared peacefulОпасное интернет-проникновение
Грозит ли подъем геев-мусульман исламскому миру
Displaced people from the minority Yazidi sect, fleeing violence from forces loyal to the Islamic State in Sinjar town, walk towards the Syrian border, on the outskirts of Sinjar mountain, near the Syrian border town of Elierbeh of Al-Hasakah Governorate August 11, 2014. Islamic State militants have killed at least 500 members of Iraq's Yazidi ethnic minority during their offensive in the north, Iraq's human rights minister told Reuters on Sunday. The Islamic State, which has declared a caliphate in parts of Iraq and Syria, has prompted tens of thousands of Yazidis and Christians to flee for their lives during their push to within a 30-minute drive of the Kurdish regional capital Arbil. Picture taken August 11, 2014. REUTERS/Rodi Said (IRAQ - Tags: POLITICS CIVIL UNREST TPX IMAGES OF THE DAY) FOR BEST QUALITY IMAGE ALSO SEE: GM1EA8M1B4V01Дважды отверженные
Почему от женщин, вырвавшихся из плена боевиков, отворачивается общество


Из ЕС в сексуальное рабство
Что вынуждает румынок отправляться на Сицилию, где их ждет неволя
Китайский интерес
Пекин желает смерти уйгурским боевикам в Сирии, но вмешиваться в войну не готов
Все там будем
Почему невозможно уберечься от рака
Кровавое воскресенье 22 января 1905 года«Идиоты говорят, что Россию погубил заговор»
Почему революция 1917 года была неизбежна
«Это было волшебно!»Дефект массы
Как продолжение культовой серии Mass Effect стало одной из худших игр в истории
Старт ракеты с Dream Chaser — кораблем компании Sierra Nevada (в представлении художника)Еще батуты
Как американские компании опережают Россию в сфере пусков ракет
Пижон Джон
Дикий сэр Элтон, каким его уже мало кто помнит
«Главное — убедить людей, что они счастливы»
Джон Стейнбек и Роберт Капа о советских застольях, писателях и правительстве
Девочки кровавые в глазах
Кино недели с Денисом Рузаевым: от «Манчестера у моря» до «Демона внутри»
Под «Грибами» тает лед
Самая навязчивая песня сезона — во всех мемах страны
Восточные легенды
Культовые японские автомобили ушедших лет
Очень страшные «Рейндж Роверы»
Самые жуткие варианты тюнинга автомобилей Land Rover
Самые необычные ДТП
Автомобили на крышах, в бассейнах и другие непонятные аварии, достойные премии
Пиджак и боб
Самое крутое автомобильное видео марта
Бог простит
В церкви нашли квартиру с красной мебелью и портретами в стиле поп-арт
Фрэнк ГериСпугнули рыбу
Почему антисемиты изгнали из Канады создателя «танцующего дома»
«Наш дом — колония строгого режима»
История семьи, оказавшейся на грани распада из-за дачи
Цветам не место в доме
Почему дети мешают взрослым жить счастливо в собственных квартирах