인공 세포는 '생명이 길을 찾는다'는 것을 보여줍니다.

“들으세요, 진화의 역사가 우리에게 가르쳐준 것이 있다면 생명은 가두어지지 않을 것이라는 것입니다. 생명은 자유로워집니다. 그것은 새로운 영역으로 확장되고 장벽을 고통스럽게, 어쩌면 심지어 위험하게 부수지만… “라고 Jeff Goldblum의 캐릭터인 Ian Malcolm은 말했습니다. 쥬라기 공원살아있는 공룡이 있는 공원에 관한 1993년 공상 과학 영화.

당신은 아무것도 찾을 수 없습니다 벨로시랩터 진화 생물 학자 Jay T. Lennon의 연구실 주변에 숨어 있습니다. 그러나 인디애나 대학교 블루밍턴의 예술 과학 대학 생물학과 교수인 Lennon과 그의 동료들은 삶이 실제로 길을 찾는다는 것을 발견했습니다. Lennon의 연구팀은 필수 유전자를 제외한 모든 것이 제거된 합성 구조의 최소 세포를 연구해 왔습니다. 연구팀은 유선형 세포가 일반 세포만큼 빠르게 진화할 수 있다는 사실을 발견했다. 유연성이 거의 없어 보이는 부자연스러운 게놈을 사용해도 유기체가 적응할 수 있는 능력을 입증했다.

“삶에는 정말 튼튼한 무언가가 있는 것 같습니다.” 레논이 말했다. “우리는 그것을 단지 필수 요소로 단순화할 수 있지만 그것이 진화가 작동하는 것을 막지는 못합니다.”

연구를 위해 Lennon의 팀은 합성 유기체를 사용했습니다. 마이코플라스마 마이코이데스 JCVI-syn3B — 박테리아의 최소화 버전 M. mycoides 염소 및 유사한 동물의 내장에서 흔히 발견됩니다. 수천 년 동안 기생 박테리아는 영양을 숙주에 의존하도록 진화하면서 자연적으로 많은 유전자를 잃었습니다. 캘리포니아에 있는 J. Craig Venter Institute의 연구원들은 한 걸음 더 나아갔습니다. 2016년에 그들은 자연 유전자에서 901개의 유전자 중 45%를 제거했습니다. M. mycoides 게놈 — 자율적인 세포 생활에 필요한 가장 작은 유전자 집합으로 줄입니다. 493개의 유전자에서, M. mycoides JCVI-syn3B는 알려진 자유 생물 중에서 가장 작습니다. 이에 비해 많은 동물 및 식물 게놈에는 20,000개 이상의 유전자가 포함되어 있습니다.

원칙적으로 가장 단순한 유기체는 기능적 중복이 없으며 생명에 필수적인 최소한의 유전자만 소유합니다. 그러한 유기체의 돌연변이는 하나 이상의 세포 기능을 치명적으로 파괴하여 진화에 제약을 줄 수 있습니다. 간소화된 게놈을 가진 유기체는 양성 선택이 작용할 수 있는 표적이 적기 때문에 적응 기회가 제한됩니다.

하지만 M. mycoides JCVI-syn3B는 실험실 조건에서 성장하고 분열할 수 있었습니다. Lennon과 동료들은 최소 세포가 시간이 지남에 따라 진화의 힘에 어떻게 반응하는지 알고 싶었습니다. 새로운 돌연변이.

“게놈의 모든 단일 유전자는 필수적입니다.”라고 Lennon은 말합니다. M. mycoides JCVI-syn3B. “진화 잠재력을 제한할 수 있는 돌연변이에 대한 흔들림의 여지가 없다는 가설을 세울 수 있습니다.”

연구원들은 M. mycoides 실제로 JCVI-syn3B는 돌연변이율이 매우 높습니다. 그런 다음 실험실에서 300일 동안 자유롭게 진화하도록 허용했으며 이는 2000개의 박테리아 세대 또는 약 40,000년의 인간 진화에 해당합니다.

다음 단계는 300일 동안 진화한 최소 세포가 원래의 비최소 세포와 비교하여 어떻게 수행되는지 결정하기 위한 실험을 설정하는 것이 었습니다. M. mycoides 300일 동안 진화하지 않은 최소 세포의 변종도 마찬가지입니다. 비교 테스트에서 연구원들은 테스트 튜브에 함께 평가되는 동일한 양의 균주를 넣었습니다. 환경에 더 잘 맞는 변종이 더 일반적인 변종이 되었습니다.

그들은 박테리아의 최소 버전이 아닌 버전이 진화되지 않은 최소 버전을 쉽게 이겼다는 것을 발견했습니다. 그러나 300일 동안 진화한 최소 박테리아는 게놈 간소화로 인해 잃어버린 체력을 모두 회복하여 훨씬 더 잘했습니다. 연구진은 진화 과정에서 가장 많이 변한 유전자를 확인했다. 이들 유전자 중 일부는 세포 표면을 구성하는 데 관여했지만 다른 여러 유전자의 기능은 아직 알려지지 않았습니다.

단순화된 게놈을 가진 유기체가 진화적 문제를 어떻게 극복하는지 이해하는 것은 임상 병원체의 치료, 숙주와 관련된 내부 공생체의 지속성, 조작된 미생물의 정제, 생명 자체의 기원을 포함하여 생물학의 오랜 문제에 중요한 의미가 있습니다. Lennon과 그의 팀이 수행한 연구는 세포 복잡성의 진화에 대한 암시와 함께 가장 단순한 자율적 유기체의 적합성을 빠르게 최적화하는 자연 선택의 힘을 보여줍니다. 즉, 삶이 길을 찾는다는 것을 보여줍니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230705115142.htm