Viren-Attacken auf Bakterien zeigen ein Geheimnis der Evolution

Das Wettrüsten zwischen einem Virus und die Bakterien es Angriffe hat dazu beigetragen, dass Wissenschaftler besser eines der Geheimnisse der Evolution zu verstehen: wie neue Eigenschaften entwickeln.

In einer Reihe von Experimenten die Bakterien infizieren Viren immer wieder die Möglichkeit, ihre Host-Bakterien durch eine unterschiedliche "Doorway" oder Rezeptor auf der Bakterien Zellmembran angreifen erworben, erklärte Justin Meyer, der leitende Forscher und ein Student an der Michigan State University. [Video: das Virus mutiert]

Ihre Ergebnisse bieten Einblick in eine schwierige Frage über die Evolution: Woher kommen neue Eigenschaften?

Laut Evolutionstheorie können natürliche Selektion begünstigen bestimmte Mitglieder einer Population aufgrund von Eigenschaften, die sie besitzen, wie z. B. Tarnung oder die Fähigkeit, Nahrung zu finden, die andere nicht erreichen können. Diese bevorzugten Organismen sind wahrscheinlicher, zu reproduzieren, die Gene für ihre hilfreichen Eigenschaften an künftige Generationen weitergeben.

Während es frei ist, wie natürliche Selektion bewirkt eine Bevölkerung zu ändern oder anzupassen, wurde erklären, wie neue Eigenschaften entstehen schwieriger, Meyer sagte.

Zum Beispiel reichern zufällige Genmutationen allmählich, bis sie neue Eigenschaften produzieren? Oder fährt natürliche Selektion den Prozess von Anfang an, bestimmte Mutationen begünstigt, wie sie entstehen, bis ein ganz neues Merkmal erscheint?

Um eine Vorstellung zu bekommen, er und andere, darunter zwei Bachelor Forscher aufgefordert einen Virus entwickelt eine neue Möglichkeit, die Bakterien infizieren, dann schaute auf die genetischen Veränderungen im Zusammenhang mit dieser neuen Fähigkeit. Sie fanden auch, dass Änderungen in den Bakterien das Virus verhindern, könnte diese neue Eigenschaft.

In 102 Studien kombiniert sie mit dem Virus, genannt Lambda E. Coli Zellen. Lambda infiziert normalerweise die Bakterien durch die Ausrichtung auf einen Rezeptor, Lamm, auf das Bakterium Außenmembran. Der Virus tut dies mit einer sogenannten J-Protein am Ende seines Schwanzes; Dieses Protein in der Bakterienzelle die Tür entriegelt, sagte Meyer.

Wenn unter bestimmten Bedingungen kultiviert, entwickelt die meisten E. Coli Zellen Resistenz gegen das Virus von Lamm-Rezeptoren nicht mehr produzieren. Um die bakterielle Zellen infizieren, dann musste das Virus eine weitere Tür in die Zelle zu finden. (Einmal entführt im Inneren, das Virus die Bakterien zellulären Maschinerie zu seinen eigenen genetischen Code zu kopieren und zu vervielfältigen.)

25 der 102 Studien erwarb das Virus die Möglichkeit, durch einen anderen Rezeptor namens OmpF Bakterien infizieren. Die Viren wurden genetisch identisch zu Beginn des Experiments, so die Forscher sahen, um zu sehen, welche genetischen Veränderungen stattgefunden hatte.

Sie fanden heraus, dass alle Stämme, die die Bakterien, die gemeinsam mindestens infizieren könnten vier ändert, alle die in den genetischen Code für das J-Protein waren, und die nach Meyer zusammengearbeitet.

"Wenn Sie drei der vier Mutationen haben, das Virus noch nicht in der Lage, [ E. Coli] zu infizieren", sagte Meyer. "Wenn Sie vier von vier haben, sie alle miteinander interagieren. … In diesem Fall ist die Summe mehr als seine Bestandteile."

Natürliche Selektion scheint jedoch den Aufstieg dieser einzelnen Mutationen, sagte er, getrieben haben, weil immer und immer wieder die gleichen Mutationen entstanden, und sie scheinen Einfluss auf die Funktion des Proteins J.

"Die Mutationen wirklich zentriert sind auf einen kleinen Teil des Gens und Genom, die Bindung auswirken würde," sagte er.

Also, warum, in den meisten Fällen nicht das Virus erwerben die Fähigkeit, durch die Tür OmpF eingeben? Die Forscher untersuchten, um festzustellen, ob weitere Änderungen in das Virus oder Änderungen in den Bakterien gestört.

Sie fanden, dass während andere Änderungen in den Virus nicht zu stören schien, eine bestimmte Änderung in der E. Coli -Populationen aus 80 Studien gefunden haben. Störungen erschien in bakteriellen Gene verantwortlich für produziert ein Protein-Komplex, genannt ManXYZ, in der inneren Membran. Diese Änderung in der inneren Membran bedeutete, dass das Virus ganz im Inneren der Zelle, ob Lamm oder OmpF durchkommen konnte nicht.

"Es gibt also dieses interessanten co-evolutionären Tanz,", sagte Meyer. "Eine Mutation in der Hostie und vier Mutationen des Virus führen, ein neues Virus." Eine Mutation [in der Hostie] und nur wenige Mutationen des Virus und eine zweite Mutation in der Gastgeber und das gesamte System wird heruntergefahren."

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