Laboratorie- og naturlige stammer af tarmbakterier viser sig at have lignende mutationsprofiler

At forstå mutationsprocesser i en celle giver fingerpeg om udviklingen af ​​et genom. Mest aktivt studeres mutationsprocesser i humane cancerceller, mens andre genomer ofte negligeres.

Et forskerhold undersøgte og sammenlignede det overordnede udvalg af mutationer i laboratorie- og naturlige E. coli (tarmbakterie), og konkluderede, at de praktisk talt ikke kan skelnes. Resultaterne er præsenteret i Genome Biology and Evolution journal.

"Mutationer opstår enten i replikationsprocessen – kopiering af DNA, eller når man 'reparerer' DNA på grund af strengbrud eller andre lidelser. Reparationssystemet kan også lave fejl.

"Forskellige replikations- og reparationssystemer laver forskellige fejl, og de afhænger af konteksten. Tre nukleotider undersøges typisk:det ene, hvor mutationen er sket, og to på højre og venstre side af det.

"Et typisk sæt af mutationer, sammen med de sammenhænge, ​​der er specifikke for et givet system, kaldes en mutationssignatur. Mennesker har for eksempel mutationssignaturer af UV-eksponering og rygning, som er karakteristiske for visse kræftformer," sagde lederen af ​​undersøgelsen. Professor Mikhail Gelfand, direktør for Skoltechs Bio Center.

Holdet gennemførte en første undersøgelse nogensinde af mutationsprofilen af ​​E. coli - summen af ​​mutationssignaturer af replikations- og reparationssystemer. Det første skridt var at teste opgaven på gymnasieelever på Summer School of Molecular and Theoretical Biology, hvor forskere også kom i kontakt med indiske kolleger, der arbejdede eksperimentelt med det samme problem.

"Vores partnere fra Indien leverede data om E. coli med forstyrrede replikations- og reparationssystemer. Fra dem var vi i stand til at udtrække rene mutationssignaturer, der er karakteristiske for forskellige systemer, og derefter nedbryde E. coli's mutationsprofiler til signaturer og forstod, hvilke systemer bidrage til mutationer mere," fortsatte Gelfand.

Forskerne brugte også eksperimentelle data om den langsigtede udvikling af E. coli. Denne laboratorieundersøgelse, som har været i gang i over 30 år, ledes af Richard Lenski. Mutationsprofilen for laboratoriestammer blev sammenlignet med den for naturlige stammer.

"Vi fandt ud af, at disse profiler ligner hinanden. Laboratoriestammen lever ikke under forhold, der ligner dem i naturen, så dette resultat er uventet. Derudover argumenterer resultaterne imod ideen om, at udviklingen af ​​E. coli i det naturlige miljø inkluderer skiftende episoder med normal langsom udvikling og kortere episoder med accelereret udvikling i en hypermuterbar tilstand.

"Tværtimod, under udviklingen af ​​naturlige stammer af E. coli er bidraget fra atypiske mutationsregimer til den samlede akkumulering af mutationer ubetydeligt," sagde Gelfand.

Flere oplysninger: Sofya K Garushyants et al., Mutationssignaturer i vildtype Escherichia coli-stammer afslører overvægt af DNA-polymerasefejl, genombiologi og evolution (2024). DOI:10.1093/gbe/evae035

Journaloplysninger: Genombiologi og evolution

Leveret af Skolkovo Institute of Science and Technology