Un nou studiu a descoperit că evoluția nu este atât de imprevizibilă pe cât se credea anterior, ceea ce le-ar putea permite oamenilor de știință să determine ce gene ar putea fi utile pentru a aborda probleme din lumea reală, cum ar fi rezistența la antibiotice, bolile și schimbările climatice.
Studiul, care a fost publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), contestă credința încetățenită de multă vreme cu privire la imprevizibilitatea evoluției și a descoperit că traiectoria evolutivă a unui genom poate fi influențată de istoria evoluției sale, mai degrabă decât de a fi determinată de numeroşi factori şi accidente istorice.
Studiul a fost condus de profesorul James McInerney și dr. Alan Beavan de la Școala de Științe Vieții a Universității din Nottingham și de dr. Maria Rosa Domingo-Sananes de la Universitatea Nottingham Trent din Marea Britanie.
„Implicațiile acestui studiu sunt cu adevărat revoluționare”, a spus profesorul McInerney, autorul principal al studiului. „Demonstrând că evoluția nu este atât de aleatorie cum credeam cândva, am deschis ușa către o serie de noi posibilități în biologia sintetică, medicină și știința mediului”.
Echipa a efectuat o analiză a pangenomului – setul complet de gene al unei anumite specii, pentru a răspunde la o întrebare critică: dacă evoluția este previzibilă sau dacă evoluția genomilor depinde de istoria lor și, prin urmare, nu este previzibilă astăzi.
Folosind o metodă de învățare automată (inteligență artificială) cunoscută sub numele de Random Forest, împreună cu un set de date de la 2.500 de genomuri complete de la o singură specie bacteriană, echipa a efectuat câteva sute de mii de ore de procesare computerizată pentru a încerca să răspundă la întrebare.
După introducerea datelor într-un computer superperformant, echipa a creat „familii de gene” pentru fiecare genă din fiecare genom. În acest fel au putut fi comparate genomurile asemănătoare. După ce familiile au fost identificate, cercetătorii au analizat tiparele după care aceste familii erau prezente în unele genomuri și absente în alte genomuri.
„Am descoperit că unele familii de gene nu apăreau niciodată într-un genom când o anumită altă familie de gene era deja prezentă acolo, iar în alte ocazii, unele gene erau foarte dependente de prezența unei familii diferite de gene”.
De fapt, cercetătorii au descoperit un ecosistem invizibil în care genele pot coopera sau pot intra în conflict unele cu altele. Aceste interacțiuni dintre gene face unele aspecte ce țin de evoluție oarecum previzibile și reprezintă un instrument ce ne permite să facem aceste predicții, spun autorii studiului.
În practică, pe baza acestui studiu putem determina care gene „susțin” apariția genelor care dau rezistența la antibiotice, ca sa dăm doar un exemplu. Drept urmare, dacă dorim să eliminăm rezistența la antibiotice, putem ținti nu doar genele implicate, ci și genele suport. Am putea folosi această abordare pentru a crea modele genetice care să fie utilizate pentru dezvoltarea de noi medicamente sau vaccinuri. În acest fel apar oportunități pentru o serie de noi descoperiri.
Implicațiile noului studiu sunt de amploare și ar putea duce la:
- proiectarea avansată a genomurilor, care să permită oamenilor de știință să creeze genomuri sintetice și să aibă la îndemână o metodă pentru manipularea previzibilă a materialului genetic;
- combaterea rezistenței la antibiotice, prin care să fie dezvoltate noi tratamente care să vizeze genele-suport implicate în susținerea genelor care dau rezistența la antibiotice;
- atenuarea schimbărilor climatice, prin crearea unor microorganisme modificate genetic pentru a capta carbonul sau a degrada poluanții, contribuind astfel la combaterea schimbării climatului;
- aplicații de natură medicală, deoarece interacțiunile predictibile ale genelor ar putea revoluționa medicina personalizată prin oferirea unor noi metode de măsurare a riscului de îmbolnăvire și a eficacității tratamentelor.
Sursa: Phys.org