Tăng tốc tiến hóa bộ gen: hệ thống mới mô phỏng những thay đổi trong hàng thập kỷ chỉ trong vài tuần

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã phát triển một hệ thống để kiểm soát và tăng tốc quá trình tiến hóa của những thay đổi trong cấu trúc bộ gen của vi khuẩn. Hệ thống này nhắm mục tiêu vào các "gen nhảy" nhỏ, hoặc các chuỗi DNA được gọi là chuỗi chèn (IS). Nghiên cứu này thu hẹp khoảng cách giữa việc nghiên cứu quá trình tiến hóa trong quá khứ và quan sát những thay đổi di truyền theo thời gian thực trong phòng thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu thường nghiên cứu bộ gen của vi khuẩn vì kích thước và tính nhất quán dễ quản lý của chúng. Các chuỗi chèn (IS) được biết là "nhảy" hoặc thay đổi vị trí trong bộ gen, thúc đẩy sự thay đổi tiến hóa. Những thay đổi này có thể dẫn đến đột biến, đảo ngược hoặc thay đổi kích thước và danh tính của bộ gen. Để tăng tốc những thay đổi này, nhóm nghiên cứu đã đưa nhiều bản sao của IS hoạt động cao vào Escherichia coli (E. coli). Chỉ trong 10 tuần, các sinh vật thử nghiệm đã tích lũy những thay đổi tương tự như những gì xảy ra trong nhiều thập kỷ trong tự nhiên. Điều này bao gồm khoảng 25 lần chèn mới các yếu tố di truyền di động và thay đổi 5% kích thước bộ gen. Hoạt động IS cao dẫn đến các biến thể cấu trúc và sự xuất hiện của transposon hỗn hợp. Điều này làm sáng tỏ các con đường tiến hóa tiềm năng cho IS và transposon hỗn hợp. Kết quả cung cấp một tài liệu tham khảo có giá trị để nghiên cứu ảnh hưởng của việc chèn IS và thay đổi kích thước bộ gen. "Thật bất ngờ," Yuki Kanai nói, nghiên cứu cũng làm sáng tỏ sự tiến hóa của chính transposon. Kanai hy vọng sẽ áp dụng hệ thống này cho các câu hỏi rộng hơn, chẳng hạn như hiểu các điều kiện mà sự hợp tác phát triển giữa vi khuẩn hoặc giữa vi khuẩn và vật chủ của chúng.