Илья Рухленко - Что ответить дарвинисту? Часть II

Во-вторых, в работе (Maisnier-Patin et al., 2005) было показано, что работа гена-мутатора приводит к более-менее равномерномураспределению мутаций по всемугеному бактерии, при общем повышении частоты разных мутаций в 100 раз. В связи с этим возникает вопрос – а способны ли вообще бактериальные колонии выдержать повышение мощности мутагенеза не в 100 раз, а в 100.000.000? Не получится ли при такой частоте мутаций полного вымирания бактериальных колоний, вследствие мгновенного накопления вредных мутаций практически в каждой бактериальной клетке?

В общем, маловероятно, что быстрое восстановление бактерий (из состояния двойногомутанта) в экспериментах Холла происходило за счет общегоповышения уровня мутагенеза. Поэтому не исключено, что «недра» бактериальной клетки скрывают внутри себя еще какой-то (пока не очень понятный) специальный механизм, который в ответ на вызовы среды способен подбирать необходимые генетические изменения гораздо эффективнее, чем обычный мутагенез, и даже эффективней, чем гипер-мутагенез бактериальной SOS-системы.

То есть, бактерии, оказывается, не так просты, чтобы адаптироваться к изменениям окружающей среды толькос помощью естественного отбора случайных мутаций в обычном режиме мутирования. Помимо обычных случайных мутаций они могут: 1) обмениваться между собой нужными генами в ходе горизонтального переноса, 2) использовать форсированный вариант «полного перебора» (гипермутагенез), 3) возможно, обладают еще какими-то (более «умными») механизмами адаптаций.

Ну а каковы же возможности самого примитивного генетического механизма адаптации бактерий – метода «полного перебора» в обычном режиме? По этому поводу имеется некоторый разнобой фактов.

С одной стороны, имеются данные, что такой способ весьма неплох. Например, в работе (Weinreich et al., 2006) исследователи на практикепоказали, что « brute force search» в исполнении бактерий, в принципе, способен на многое. В этой работе исследователи продемонстрировали, что у бактерий, с которыми они работали, может выработаться устойчивость к новому антибиотику цефотаксиму. Для этого в ДНК исходных бактерий должны произойти 5конкретных точечных изменений (мутаций). В этом случае, устойчивость бактерий к новому антибиотику возрастает в 100000раз. Понятно, что сразу все 5 нужных изменений появиться у бактерий не могут. Для подобной мутации не хватит вообще всех существующих бактерий на планете Земля. Действительно, если частота точечной мутации (с заменой нужного нуклеотида) будет одна к миллиарду, то вероятность того, что сразу 5нужных нуклеотидов мутируют именно нужным образом внутри какой-нибудь одной бактерии, составит 1 к 10 45. Понятно, что такое событие не случится вообще никогда. [183]

Более того, авторы исследования благоразумно рассудили, что даже нужную двойнуюмутацию (где сразу два конкретныхнуклеотида мутируют внутри одной бактерии) тоже вряд ли можно сразу получить методом полного перебора. Потому что такая двойная мутация (вероятность 10 -18) потребует количества бактерий (10 18особей), которое вряд ли можно насобирать в пределах воздействия нового антибиотика.

Поэтому авторы работы (Weinreich et al., 2006) решили посмотреть, можно ли получить из исходного немутантного гена, мутантный ген, несущий все 5нужных мутаций – с помощью цепочкииз пяти последовательных одинарных(нужных) мутаций.

То есть, они рассматривали вариант, когда одновременно происходит только одна единственная мутация (из пяти необходимых). И далее исследовали, смогли бы бактерии (в принципе) приобрести конечную устойчивость к новому антибиотику путем «пошагового» (постепенного) приобретения всех пяти мутаций, с величиной шага в одну единственную мутацию. Или не смогли бы. Действительно, это весьма интригующий вопрос. Ведь для того, чтобы естественный отбор последовательноподдержал все пять мутаций, каждая новая мутация, взаимодействуяс предыдущими мутациями, должна повышать, а не понижать устойчивость к новому антибиотику.

Например, одна из пяти мутаций, исследовавшихся в этой работе, не увеличивает, а наоборот, снижаетустойчивость к антибиотику, поскольку соответствующий фермент, получив эту мутацию, начинает разрушать данный антибиотик медленнее, чем без этой мутации. Зато эта мутация заметно повышает стабильность («время жизни») этого фермента в цитоплазме самой бактерии. Другая мутация приводит к тому, что соответствующий фермент начинает разрушать антибиотик быстрее. Но зато из-за этой мутации фермент становится менее стабильным (сам быстрее разрушается). А вот двойноймутант по только что озвученным мутациям – уже имеет резко повышенную устойчивость к антибиотику. Потому что соответствующий фермент (с этими двумя мутациями), с одной стороны, быстрее разрушает антибиотик, а с другой стороны, сам «живет» внутри бактериальной клетки дольше. Получается, что например, первая мутация вообще не сможет закрепиться в колонии бактерий до тех пор, пока бактерия не получит вторуюмутацию.