Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов

Пятьдесят два гена приобрели мутации в пяти и более штаммах. Рекорд поставил один ген, в котором двадцать штаммов – более половины от общего количества – претерпели генетическое изменение. Ученые рассматривали эти пятьдесят два гена в качестве возможных генов-кандидатов на конвергентную адаптацию – «кандидатные патоадаптивные гены, в которых мутации оптимизируют патогенную активность», говоря их языком.

Один из способов проверить эффективность данного метода – посмотреть, поможет ли он определить гены, уже участвовавшие в процессе адаптации P.aeruginosa. И действительно, половина обнаруженных ими генов были теми, которые уже определялись, в особенности гены, участвовавшие в эволюции сопротивляемости антибиотикам и формировании биопленки. Опираясь на конвергенцию, действительно можно установить гены, задействованные в патогенной адаптации.

Многообещающий итог данного исследования в том, что оно помогло определить ряд генов, которые, как считалось ранее, не участвовали в процессе адаптации к муковисцидозу. Биохимическое функционирование^[113]

семи этих генов уже известно, так что теперь исследование сконцентрировано на том, как изменение данных функций путем мутации может позволить P.aeruginosa адаптироваться к организмам больных муковис-цидозом. Кроме того, девятнадцать конвергентных генов были «терра инкогнита», их функционирование оставалось тайной (что неудивительно, ведь мы не знаем, как работает почти половина генов P.aeruginosa). Понятно, что если мы не в курсе, что делает ген, мы не имеем представления о том, каким образом изменения в этом гене приведут к адаптации к окружению в виде человеческих легких. Выяснить, как работают эти гены, несомненно, является главным приоритетом.

Как бы я хотел завершить этот рассказ заголовком «Конвергентная эволюция спасает пациентов с муковисцидозом»… Но говорить об этом пока еще рано. Тем не менее ясно, что изучение конвергентной эволюции – предмет интереса не одной только науки: эти знания могут помочь нам разобраться, как патогенные (вызывающие заболевания) организмы атакуют людей, и, возможно, понять, какие терапевтические меры нам предпринять, чтобы бороться с ними.

В то же время результаты данного исследования касаются вопроса эволюционной предсказуемости и контингентности. Большинство идентифицированных генов претерпели мутации меньше, чем у половины из тридцати четырех пациентов. Более того, делая анализ на основе конвергенции, не смогли определить адаптивные мутации, произошедшие только у одного или нескольких пациентов. Общая повторяемость, с помощью которой P.aeruginosa адаптируется к организмам больных муковисцидозом, сравнительно низкая. Предстоит выяснить, является ли эта неповторяемость результатом случайного характера мутаций, различного генетического состава разных инфицирующих штаммов, биологических различий среди пациентов или адаптации к разным частям легких.

Еще одно исследование дало^[114]

очень похожие результаты. Burkholderia dolosa был неизвестным для науки микробом, когда он поразил пациентов с диагнозом муковисцидоз из бостонской больницы в начале 1990-х, заразив в конечном итоге тридцать девять человек. Точно так же, как в случае с исследованием P.aeruginosa в Дании, повторные взятия образцов у одних и тех же пациентов позволили исследователям проследить генетические изменения микроба внутри каждого организма.

И так же как в исследовании P.aeruginosa, там было большое количество мутаций. Учитывая то, что бактерия плохо изучена, вычислить последствия большинства изменений было сложно. А потому команда, возглавляемая Тами Либерман из Гарвардской медицинской школы, стала искать гены, повторно мутировавшие у большинства пациентов с муковисцидозом. Те семнадцать генов, которые они определили, включали одиннадцать генов, которые связаны с сопротивляемостью антибиотикам и развитием заболевания. Но о действии трех из множества мутировавших генов ничего не было известно, а другие три гена никогда прежде не ассоциировались с развитием легочных болезней.

Если бы не было этой информации, то никто бы и не подумал о том, что они причастны к заражению Burkholderia. В настоящее время исследуются несколько мутаций с целью понять, как они становятся патологическими.

И так же как в исследовании P.aeruginosa, даже у половины пациентов мутировало относительно мало генов, и, следовательно, в целом процент предсказуемости был снова низким. Исследование концентрировалось на генах, конвергентно мутировавших у множества пациентов, и оно не смогло определить адаптивные изменения, которые произошли только у одного или нескольких пациентов.