Wissenschaftler der University of Wisconsin-Madison, Department of Biochemistry, sind gerade die evolution in Echtzeit geschehen.
In einer neuen Studie online veröffentlicht in der Zeitschrift der Bakteriologie, Biochemie-professor Michael Cox und sein team beschreiben Strahlen E. coli – Bakterien mit ionisierenden Strahlen, einmal in der Woche, wodurch die Bakterien werden Strahlung resistent. In doing so, Sie haben aufgedeckt, genetische Mutationen und Mechanismen dieser Resistenz.
Die Ergebnisse zeigen Wege auf, um möglicherweise engineer-Strahlung-resistenten Bakterien, die für verschiedene Anwendungen in der Zukunft, einschließlich Umwelt-clean-up und zum Schutz der nützlichen Darm-Mikroben bei Krebs Strahlentherapie.
Cox ‚ s lab hat schon lange interessiert, in der DNA-Reparatur, ein zellulärer Prozess, von dem alle Organismen sind in der Lage, Stück zusammen zurück DNA-Stückchen, die sind gebrochen, indem Sie betont, wie ionisierende Strahlung. Diese Art der Strahlung hoher Energie in der Natur und ist im Zusammenhang mit der nuklearen Strahlung und Elemente wie Uran und plutonium. Astronauten sind auch ausgesetzt, um diese form der Strahlung im Weltraum. Es ist schon in geringeren Dosen in einigen Krebstherapien und in einigen medizinischen Bildgebung, wie x-Strahlen.
Einige Organismen, meist Bakterien, sind von Natur aus resistent gegen hohe Konzentrationen von ionisierender Strahlung. Viele sind aber notorisch schwierig zu studieren, und wenig ist bekannt über Sie, vor allem im Vergleich zu E. coli. Diese led-Cox ‚ s team zu drehen, um einen anderen Weg, um zu studieren-Strahlung-resistenten Bakterien — entwickeln Ihre eigenen.
Ihr experiment „Regie“ evolution ist einfach. Lead-Autor und Postdoc-Forscher Steven Bruckbauer teilen einer Bevölkerung von E. coli , die in vier Gruppen. Einmal in der Woche, er und ein team von studentischen Forscher Ausrüstung verwenden, die in der Abteilung der Medizinischen Physik zu schlagen, jede Bevölkerung mit ionisierender Strahlung bis zu 99% der Zellen tot sind. Sie wachsen dann die überlebenden-das eine Prozent, das beste wehrte sich gegen die Strahlung-in der Kultur. Die meisten von den neuen Bakterien, die wachsen, von diesen tragen vorteilhafte Mutationen für Strahlen-Widerstand.
„Es gibt viele Mutationen, die pop-up, die möglicherweise nicht relevant für die übertragung der Widerstand und sind nur für die Fahrt,“ Cox erklärt. „Wir teilen die Bevölkerung in vier so konnten wir vergleichen Mutationen über mehrere Populationen und überprüfen Sie nach mustern und versuchen zu identifizieren, die wichtigsten Treiber der Strahlung Widerstand.“
Im Laufe der Zeit, da die Bakterien resistent geworden sind, haben die Forscher waren in der Lage, erhöhen das Niveau der Strahlung, auf die Sie setzen die Bakterien. Die Studie nimmt einen tiefen Tauchgang in die Mutationen, die Sie angesammelt haben, nach 50 Zyklen (d.h. die Bakterien wurden bestrahlt 50 mal).
Sequenz-Analyse, die von der UW-Madison-team die Mitarbeiter des Joint Genome Institute, eine Einrichtung an der US-Department of Energy, zeigten Mutationen in mehreren Genen, die verantwortlich sind für effizientere DNA-Reparatur in E. coli, die helfen können, eine Resistenz. Eine weitere mutation wurde in RNA-polymerase, das Enzym verantwortlich für die Transkription von RNA in DNA, die letztlich verwendet, um wichtige Proteine.
Während die Allgemeinen Mechanismen, wie beispielsweise eine verbesserte DNA-Reparatur, sind die gleichen wie in natürlich resistenten Bakterien, viele der Mutationen, verursacht diese änderungen nie gesehen hat. Bruckbauer ergänzt, dass über die DNA-Reparatur und änderungen an RNA-polymerase, gibt es ganz neue Möglichkeiten des seins resistent, die entstehen können.
„Diese Mechanismen, die für eine Resistenz sind nur die, die wir gesehen haben“, sagt er. „Es ist aufregend, zu denken, über die neuen Möglichkeiten, die wir noch nicht erkannt oder noch nicht entwickelt, noch nicht. Es gibt einige andere Mechanismen in der Natur gesehen, dass wir erwarten, dass pop-up-irgendwann aber dann neue anfangen zu entwickeln.“
Die Gruppe ist derzeit Konjunkturzyklus 125 der Auswahl und Pläne zu betrachten, die Genetik der Zukunft Meilenstein Zyklen, um zu sehen, wie resistent die Bakterien werden können.
Obwohl-Strahlung-resistenten Bakterien zu tun die in der Natur vorkommen, Ihre Nützlichkeit für eine Vielzahl von Anwendungen kann abhängig von der jeweiligen Mutationen beherbergen Sie. Cox erklärt, dass der Versuch, Ingenieur, wie ein Bakterium ohne das wissen um diese Veränderungen und wie Sie funktionieren zu verbessern, Zellen, DNA-Reparatur-Systeme äußerst schwierig wäre.
Strahlung-resistenten Bakterien könnte möglicherweise verabreicht werden als Probiotika helfen, zu lindern einige der Nebenwirkungen von Krebstherapien und könnten Hilfe sauber bis an den Atommüll-Standorten. Zudem, die NASA ist besorgt über die Astronauten der Exposition gegenüber Strahlung im Weltraum und Cox ‚ s Arbeit, vielleicht entdecken Sie einen Mechanismus, mit dem Sie könnte besser geschützt sein.
„Wir haben festgestellt, dass E. coli und andere Strahlung-empfindliche Organismen besitzen diese latente Fähigkeit, sich in hoch strahlenbeständig, mit Modifikationen, um ein paar vorhandene DNA-Reparatur-Proteine,“ Bruckbauer sagt. „Nach unserem wissen niemand hat etwas diese Strahlung beständig im Labor. Es ist ein tolles Beispiel dafür, wie das Leben ist anpassungsfähig.“