Przecław News

Informacje o Polsce. Wybierz tematy, o których chcesz dowiedzieć się więcej w Wiadomościach Przecławia.

Wyścig zbrojeń między bakteriami i wirusami zapewnia rzadkie okno na szybką i złożoną ewolucję

Wyścig zbrojeń między bakteriami i wirusami zapewnia rzadkie okno na szybką i złożoną ewolucję

Koewolucja bakterii i fagów tworzy wieloskalowe wzorce sieci w ciągu 21 dni. (A) Sieć interakcji bakteriofag-fag (PBIN) składa się z 9472 infekcji parami pomiędzy 128 szczepami E. coli i 74 izolatami Φ21 z różnych dni koewolucji. (b) Wykrywanie PBIN przez społeczność przy użyciu algorytmu LP-BRIM ujawnia trzy moduły (1, 2 i 3 pokazane odpowiednio w kolorze czarnym, różowym i zielonym: Qb = 0,2100***, n = 3). – Nauki

Według koncepcji Karola Darwina z XIX wieku ewolucja jest powolnym i stopniowym procesem, podczas którego adaptacje gatunków są stopniowo dziedziczone z pokolenia na pokolenie. Jednak dzisiejsi biolodzy mogą zobaczyć, jak zmiany ewolucyjne rozwijają się w bardziej przyspieszonych skalach czasowych.

Zamiast sugestywnych roślin i zwierząt z Wysp Galapagos, które Darwin badał, kształtując swoją teorię ewolucji, badacz ze stopniem doktora Joshua Bohren i profesor nadzwyczajny Justin Mayer ze Szkoły Nauk Biologicznych Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego dokumentują szybkie procesy ewolucyjne w prostych kolbach laboratoryjnych.

Bohren i Mayer umieścili bakterie i wirusy w zamkniętej zlewce laboratoryjnej wielkości zaledwie dwóch łyżeczek, aby zbadać koewolucję w działaniu. Kiedy wirusy infekują swoich bakteryjnych sąsiadów, bakterie opracowują nowe środki obronne, aby odeprzeć ataki. Wirusy następnie napotykają te modyfikacje wraz z własnymi zmianami ewolucyjnymi, które wykorzystują nowe środki obronne.

W ciągu zaledwie trzech tygodni przyspieszający wyścig zbrojeń między bakteriami (E. coli) a wirusami (bakteriofagi) doprowadził do adaptacji ewolucyjnych kilku pokoleń. Nowe odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Science, ujawniają pojawienie się odrębnych wzorców ewolucyjnych.

„W tym badaniu pokazujemy siłę ewolucji” – powiedział Mayer, profesor nadzwyczajny na Wydziale Ekologii, Zachowania i Ewolucji. „Widzimy, jak koewolucja bakterii i fagów prowadzi do powstania bardzo złożonej sieci ekologicznej. Ewolucja nie musi być tak powolna i stopniowa, jak myślał Darwin.

Mayer twierdzi, że nowe badanie oferuje nowe spojrzenie na ewolucję złożonych sieci ekologicznych w różnych ekosystemach, niezależnie od tego, czy są to sieci troficzne na sawannach, sieci zapylaczy w lasach deszczowych, czy też drobnoustroje oddziałujące na siebie w oceanie.

READ  Obrazy instrumentu NASA przedstawiające południowy biegun Księżyca

W miarę jak bakterie i wirusy przystosowywały się do siebie nawzajem, z czasem wyłoniły się dwa powtarzające się wzorce. Należą do nich zagnieżdżanie, rozwój, w którym wąskie interakcje między specjalistami od bakterii i wirusów są „zagnieżdżane” w szerszym zakresie ogólnych interakcji; oraz modułowość, gdzie interakcje między gatunkami tworzą jednostki w ramach wyspecjalizowanych grup, ale nie między grupami.

„Byliśmy zaskoczeni, gdy odkryliśmy, że nasz eksperyment ewolucyjny w małych kolbach podsumował złożone wzorce zaobserwowane wcześniej wśród bakterii i wirusów zebranych regionalnie i przez oceany” – powiedział Boren.

„Kiedy nasz zespół badawczy po raz pierwszy zmierzył ten wieloskalowy wzór na danych dotyczących interakcji bakterii środowiskowych i fagów, pomyśleliśmy, że pojawienie się takiej złożoności będzie wymagało długich okresów ewolucji” – dodał współautor badania, profesor Joshua Weitz z Wydziału Uniwersytetu Maryland biologii.

Uchwycenie tych zmian ewolucyjnych „w prawdziwym życiu” wzmacnia siłę ewolucji, która jest często niedoceniana, mówi Mayer. Szybka ewolucja chorób w dalszym ciągu kształtuje nasz świat na nowe sposoby. Dzięki COVID-19 i nowym mutacjom SARS-CoV-2 wirusy wykazały dużą zdolność do adaptacji ewolucyjnych, które prowadzą do nowych szczepów po napotkaniu przeciwciał, szczepionek i innych przeszkód uniemożliwiających im skuteczne infekowanie i rozprzestrzenianie się. Takie nowe koncepcje ewolucji drobnoustrojów zmieniają sposób leczenia pacjentów.

„Pokazaliśmy, że ewolucja może szybko wytworzyć złożone sieci ekologiczne przy bardzo niewielkiej pomocy z zewnątrz” – powiedział Mayer, zauważając, że przykłady takich zewnętrznych sił ewolucyjnych obejmują izolację ze względu na odległość geograficzną, czynniki środowiskowe i interakcje z innymi gatunkami. „Możemy zatem wykorzystać fagi i bakterie jako system modelowy, aby zrozumieć ogólne zasady ewolucji i pomóc pokazać, jak życie na Ziemi od prostych początków ewoluowało w różnorodne i złożone ekosystemy”.

W powiązanych pracach Mayer i Weitz wykorzystują sztuczną inteligencję do badania, w jaki sposób można wykorzystać fagi w obliczu narastającego kryzysu związanego z opornością na antybiotyki. Badania obejmują analizę danych ewolucyjnych w celu zidentyfikowania mutacji w fagach i bakteriach, które mogą prowadzić do infekcji i oporności. Badanie podkreśla również nowy wysiłek wspierany przez Instytut Medyczny Howarda Hughesa, mający na celu zbadanie, w jaki sposób „duże” fagi mogą zostać wykorzystane jako nowe środki terapeutyczne.

READ  NASA aktualizuje swoje narzędzie do wizualizacji „Oczy na Układ Słoneczny”

Współautorami artykułu Science są Joshua Boren, Justin Lee, Adriana Lucia Sanz, Christa Gerbino, Joshua Weitz i Justin Mayer.

Szybka ewolucja bakterii i fagów powoduje powstanie sieci wieloskalowychNauki

Astrobiologia