Эволюция не так случайна, как мы думали
Новое исследование, ставящее под сомнение десятилетия научных представлений, показало, что эволюция не так случайна, как считалось ранее. Исследование предполагает более предсказуемую модель эволюции, открывающую двери для беспрецедентных достижений в различных областях, включая медицину, синтетическую биологию и экологию.
Исследование проводилось под руководством уважаемой группы ученых, в которую вошли профессор Джеймс Макинерни и доктор Алан Биван из Школы наук о жизни Ноттингемского университета, а также доктор Мария Роза Доминго-Сананес из Ноттингемского университета Трента.
Предсказуемая эволюция против случайной
Эксперты тщательно проанализировали пангеном - полный набор генов одного вида. Применив метод машинного обучения, известный как Random Forest, и обработав данные из 2500 полных геномов одного вида бактерий, команда отправилась в путешествие, чтобы разгадать тайны предсказуемости эволюции.
"Последствия этого исследования можно назвать революционными. Доказав, что эволюция не так случайна, как мы думали раньше, мы открыли двери для множества возможностей в синтетической биологии, медицине и экологии", - сказал профессор Макинерни, ведущий автор исследования.
В процессе исследования из геномов были выделены "семейства генов", чтобы облегчить их сравнение между собой. После того как семейства генов были определены, команда проанализировала, как эти семейства присутствуют в одних геномах и отсутствуют в других.
Доктор Доминго-Сананес обратил внимание на сложные закономерности. Мы обнаружили, что некоторые семейства генов никогда не появлялись в геноме, когда там уже присутствовало другое семейство генов, а в других случаях некоторые гены очень сильно зависели от присутствия другого семейства генов".
Далеко идущие последствия
По сути, исследователи открыли невидимую экосистему, в которой гены могут сотрудничать или конфликтовать друг с другом.
"Эти взаимодействия между генами делают некоторые аспекты эволюции в определенной степени предсказуемыми, более того, теперь у нас есть инструмент, который позволяет нам делать такие предсказания", - отметил доктор Доминго-Сананес.
На основе этой работы мы можем начать изучать, какие гены "поддерживают", например, ген устойчивости к антибиотикам. Поэтому, если мы пытаемся устранить устойчивость к антибиотикам, мы можем воздействовать не только на очаговый ген, но и на поддерживающие его гены", - говорит доктор Биван.
Мы можем использовать этот подход для синтеза новых видов генетических конструкций, которые могут быть использованы для разработки новых лекарств или вакцин". То, что мы знаем сейчас, открывает двери для множества других открытий".
В целом, это важное исследование открывает широкие возможности в нескольких областях. Ученые теперь способны конструировать синтетические геномы, что обеспечивает структурированный подход к манипулированию генетическим материалом, что является прорывом в области конструирования новых геномов.
В борьбе с устойчивостью к антибиотикам понимание генных зависимостей позволяет исследователям выявлять вспомогательные гены, которые способствуют этой устойчивости. Это открытие открывает путь к более целенаправленному лечению.
Кроме того, исследование предлагает ценные идеи для смягчения последствий изменения климата. Оно предполагает возможность создания микроорганизмов, способных улавливать углерод или разлагать загрязняющие вещества.
Наконец, в области медицины предсказуемость взаимодействия генов может привести к существенному прогрессу в персонализированной медицине. Это включает в себя разработку новых показателей для оценки риска заболевания и эффективности лечения.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
