根據(jù)巴斯大學(xué)米爾納進化中心的一項新研究，解開的DNA中的纏結(jié)可以在細菌的基因組中形成突變熱點。 研究人員稱，這些發(fā)現(xiàn)將幫助我們在未來預(yù)測細菌和病毒隨著時間的推移而發(fā)生的進化，這可能有助于疫苗的設(shè)計和更好地了解抗生素的抗性。

雖然大多數(shù)進化是由自然選擇形成的，即只有那些適應(yīng)環(huán)境的個體才能生存并傳遞他們的基因，但發(fā)表在《Nature Communications》上的一項新研究表明，進化還受到DNA鏈中糾結(jié)的影響。

由巴斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家小組跟伯明翰大學(xué)合作，其研究了土壤細菌熒光假單胞菌的兩個菌株(SBW25和Pf0-1)的進化。

當(dāng)科學(xué)家們刪除了一個使細菌能游泳的基因時，這兩個菌株很快又進化出了游泳的能力，但使用的途徑完全不同。

其中一個菌株(稱為SBW25)總是對一個特定基因的相同部分進行突變以重新獲得流動性。

而另一個菌株(稱為Pf0-1)在科學(xué)家們每次重復(fù)實驗時都在不同基因的不同地方發(fā)生突變。

為了了解為什么一個菌株的進化是可預(yù)測的而另一個是不可預(yù)測的，研究人員比較了這兩個菌株的DNA序列。他們發(fā)現(xiàn)，在以可預(yù)測方式發(fā)生突變的SBW25菌株中，有一個區(qū)域的DNA鏈繞回自身并形成一個發(fā)夾狀糾結(jié)。

這些纏結(jié)會破壞細胞機械，即DNA聚合酶，它會在細胞分裂期間復(fù)制基因，因此這使得突變更有可能發(fā)生。

當(dāng)研究小組使用六個沉默突變(不改變產(chǎn)生的蛋白質(zhì)序列)去除發(fā)夾結(jié)構(gòu)時，這廢除了突變熱點，細菌開始以更廣泛的方式進化以恢復(fù)其游泳能力。

米爾納進化中心的Tiffany Taylor博士表示：“DNA通常會形成一個雙螺旋結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)DNA被復(fù)制時，鏈子會短暫分離。我們發(fā)現(xiàn)在DNA中存在一些熱點，在這些熱點中，序列導(dǎo)致分離的DNA鏈在自己身上扭曲--有點像你拉開繩子的鏈子--這導(dǎo)致了糾纏。當(dāng)DNA聚合酶沿著鏈子運行以復(fù)制基因時，它撞上了糾結(jié)并可能跳過，進而導(dǎo)致突變。我們的實驗表明，我們能通過改變序列來創(chuàng)造或消除基因組中的突變熱點從而導(dǎo)致或防止發(fā)夾糾結(jié)。這表明，雖然自然選擇仍是進化中最重要的因素，但也有其他因素在發(fā)揮作用。如果我們知道細菌或病毒的潛在突變熱點在哪里，這可能有助于我們預(yù)測這些微生物在選擇壓力下如何突變。”

突變熱點已經(jīng)在癌細胞中被發(fā)現(xiàn)，研究人員計劃在一系列細菌物種中尋找它們，其中包括重要的病原體。

這些信息可以幫助科學(xué)家更好地了解細菌和病毒是如何進化的，這可以幫助開發(fā)針對疾病新變種的疫苗。它還可以使人們更容易預(yù)測微生物可能如何發(fā)展對抗生素的抗性。

最近在米爾納進化中心完成其博士學(xué)位的James Horton表示：“像許多令人興奮的發(fā)現(xiàn)一樣，這也是偶然發(fā)現(xiàn)的。我們正在研究的突變是沉默的，因為它們不改變所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)序列，所以最初我們認為它們不是特別重要。然而，我們的發(fā)現(xiàn)從根本上挑戰(zhàn)了我們對沉默突變在適應(yīng)中所發(fā)揮的作用的理解。”

關(guān)鍵詞： 研究 DNA 纏結(jié) 細菌