سیستم‌های زیستی پیچیده‌تر، آزادانه‌تر تکامل می‌یابند – آینده سازان




۳۰ام دی ۱۳۹۶ فیزیک

محققان دریافتند که درون سیستم تنظیم بیان ژن درون باکتری اشرشیا کلی، هرچه اجزای بیشتری جهش یابند، سیستم به صورت آزادانه‌تر می‌تواند تکامل پیدا کند.

اثرات متقابل بین جهش‌ها منجر به نتیجه غیر‌منتظره می‌شود. هنگامی که با وقوع جهش‌های ژنتیکی، ژنوتیپ فرد تغییر می‌کند، تکامل روی تغییرات حاصل درون فنوتیپ (صفات) فرد عمل می‌کند. ولی تغییرات فنوتیپی که می‌تواند توسط جهش‌ ایجاد شود، بدون حد و مرز نیست.

مطالعه تکامل درون اشرشیاکلی

نویسنده اول مقاله، ماتو لاگاتور درون حال مطالعه‌ی فنوتیپ نمونه‌ای از اشرشیا‌کلی جهش‌یافته

ژن‌های ما (یا همان ژنوتیپ) خصوصیات یا فنوتیپ ما را تعیین می‌کنند. تکامل روی فنوتیپ موجود عمل می‌کند. فنوتیپ درون نتیجه‌ی وقوع جهش درون ژنوتیپ، تغییر می‌کند. ولی اینکه درون نتیجه‌ی جهش چه تغییری درون فنوتیپ فرد ایجاد شود، بدون محدوده نیست؛ مثلا طی جهش ممکن نیست که مورچه‌ها ناگهان به اندازه‌ی فیل شوند.

پژوهشگران موسسه‌ی علم‌ و فناوری اتریش (IST) دریافتند که درون یک سیستم تنظیم بیان ژن درون باکتری اشرشیا‌کلی، هر چه اجزای بیشتری دچار جهش شوند، سیستم زیستی به‌صورت آزادانه‌تری قادر به تکامل یافتن خواهد بود.

اثرات جهش‌ها هست که تعیین می‌کند یک سیستم زیستی چگونه می‌تواند تغییر کند؛ ولی زمانی که ما یک سیستم متشکل از چندین مولفه، مانند سیستم تنظیم بیان ژن را درون نظر بگیریم، چه اتفاقی می‌افتد اگر چندین مولفه دچار جهش شوند؟ آیا اين سیستم زیستی گزینه‌های کمتر و یا بیشتری برای تغییر دارد؟

محققان این سوال را درون سیستم کنترل بیان ژن باکتری اشرشیاکلی مورد مطالعه قرار دادند که شامل دو جزء هست: اول عامل رونویسی، که پروتئینی هست و میزان رونویسی اطلاعات ژنتیکی را از DNA به RNA کنترل می‌کند؛ و دوم، محل اتصال اين به DNA، جایی که عامل رونویسی برای شروع رونویسی به آنجا متصل می‌شود. درون این مطالعه، دانشمندان به بررسی اینکه چه اتفاقی می‌افتد وقتی هر مولفه جداگانه جهش پیدا می‌کند یا زمانی که هر دو مولفه با هم جهش پیدا می‌کنند، پرداختند.

نتایج نشان داد زمانی که مولفه‌های بیشتری جهش پیدا می‌کنند، تکامل سیستم با محدودیت کمتری روبه رو هست. ماتو لاگاتور، نویسنده اول این مطالعه، می‌گوید:

بر خلاف آنچه که من قبل از انجام آزمایش فرض کرده بودم، اگر ما چندین مولفه را دچار جهش کنیم، سیستم به‌صورت آزادانه‌تر می‌تواند تکامل پیدا کند. این امر موجب تعجب من هست.

درون ادامه‌ی این مطالعه، محققان به بررسی مقایسه تغییر و تکامل درون سیستم درون دو حالت، پرداختند.

وقتی که ۱ + ۱ برابر ۲ نیست

علت توانایی بیشتر تکامل و تغییر درون حالتی‌که چند مولفه با هم جهش می‌یابند، این بود که جهش‌ها دارای اثرات متقابل هستند، پدیده‌ای که به اين اپیستازی بین ملکولی می‌گویند. ماتو لاگاتور مفهوم اين را توضیح می دهد:

مفهوم اپیستازی این هست که ۱ + ۱ برابر ۲ نمی‌شود؛ بلکه یا سه می‌شود یا صفر. اگر بخواهیم از لحاظ ژنتیکی صحبت کنیم، یک جهش نقطه‌ای، عامل رونویسی را به‌صورتی تغییر می‌دهد که فنوتیپ سیستم کنترل بیان ژن به اندازه‌ی X تغییر کند و دیگر جهش نقطه‌ای، مکان اتصال را به صورتی تغییر می‌دهد که فنوتیپ به اندازه‌ی Y تغییر کند. حال اگر دو جهش با هم اتفاق بیفتد، فنوتیپ حاصل جمع ساده‌ی X و Y نخواهد بود بلکه متفاوت از این مقدار خواهد بود. مفهوم بحث اين هست که جهش‌ها درون تعامل با هم، به کل سیستم این امکان را می‌دهند که به‌صورت آزادانه‌تر دچار تغییر و تکامل شود.

تاکنون، درک ما از اپیستازی عمدتا توصیفی بوده هست، ولی اینکه چگونه ساز‌و‌کارهای مولکولی موجود، الگوهایی اپیستازی را تعریف می کنند، درک نشده هست. ماتو لاگاتور توضیح می‌دهد:

ما نشان می‌دهیم که درون این سیستم تنظیم بیان ژن، اکثر اپیستازی‌ها حاصل ساختار ژنتیکی سیستم هستند. این ساختار تعیین می‌کند که جهش‌ها چگونه دارای اثرات متقابل باشند.


مطالب پیشنهادی