Evolúcia nemusí byť taká náhodná, ako sa doteraz predpokladalo

Nová štúdia spochybňuje dlhotrvajúcu myšlienku, že evolúcia je vždy náhodná a mohla by mať obrovské dôsledky na riešenie problémov, ktoré menia život.

Teória evolúcie prirodzeným výberom je správna a osvedčená, ale to neznamená, že sa nedozvieme nič nové o tom, ako sa život vyvíja a mení v priebehu času. Nová štúdia naznačuje, že evolúcia nemusí byť taká nepredvídateľná, ako sa doteraz predpokladalo. Dôsledky toho by mohli otvoriť cestu k novým spôsobom riešenia skutočných problémov vrátane rezistencie na antibiotiká, chorôb a dokonca aj klimatických zmien.

Štúdia spochybňuje dlhodobé presvedčenie, že evolúcia je nepredvídateľný proces. Podľa štúdiumevolučná trajektória genómu môže závisieť skôr od jeho evolučnej minulosti, než aby bola určená rôznymi faktormi a historickými nehodami.

“Dôsledky tohto výskumu nie sú nič menšieho než revolučné,” vysvetlil vo vyhlásení profesor James McInerney z School of Life Sciences na University of Nottingham. “Tým, že sme dokázali, že evolúcia nie je taká náhodná, ako sme si predtým mysleli, otvorili sme dvere mnohým možnostiam v syntetickej biológii, medicíne a ekológii.”

McInerney a jeho kolegovia analyzovali pangenóm – zbierku všetkých sekvencií DNA daného druhu, obsahujúcich sekvencie spoločné pre všetkých jednotlivcov – aby odpovedali na kritickú otázku: Môže evolučná história genómu určiť jeho budúcu trajektóriu?

Tím použil metódu strojového učenia známu ako Random Forest so súborom údajov 2 500 kompletných genómov z jedného bakteriálneho druhu. Na štúdium tejto otázky strávili niekoľko stoviek tisíc hodín počítačového spracovania.

Zadaním údajov do počítača boli schopní vytvoriť „génové rodiny“ z každého génu v každom genóme.

„Takýmto spôsobom sme dokázali porovnať podobné genómy,“ dodala Maria Rosa Domingo-Sananes z Nottingham Trent University.

Akonáhle boli rodiny identifikované, bolo možné študovať, ako boli prítomné v niektorých genómoch a neprítomné v iných.

“Zistili sme, že niektoré génové rodiny sa nikdy neobjavili v genóme, ak tam už bola prítomná iná génová rodina, a v iných prípadoch boli niektoré gény veľmi závislé od prítomnosti inej génovej rodiny.”

Štúdia v podstate odhalila „neviditeľný ekosystém“ génov, ktoré spolupracujú alebo si navzájom konkurujú.

„Tieto interakcie medzi génmi robia niektoré aspekty evolúcie do istej miery predvídateľnými a čo viac, teraz máme nástroje na tieto predpovede,“ dodal Dr Domingo-Sananes.

Podľa Dr Alana Bevana, tiež z School of Life Sciences na University of Nottingham, „Na základe tejto práce môžeme začať študovať, ktoré gény ‚udržujú‘, napríklad gén rezistencie na antibiotiká. Takže ak sa snažíme eliminovať antibiotickú rezistenciu, môžeme sa zamerať nielen na fokálny gén, ale aj na gény, ktoré ho podporujú.“

Tento prístup možno použiť na syntézu nových genetických konštruktov, „ktoré by sa mohli použiť na vývoj nových liekov alebo vakcín“. To, čo teraz vieme, otvára dvere k mnohým ďalším objavom,“ dodal Bevan.

Dôsledky sú obrovské a mohli by viesť k vytvoreniu nových genómov, pomocou ktorých môžu vedci navrhnúť syntetické genómy a vyvinúť cestovné mapy na predvídateľnú manipuláciu s genetickým materiálom. Môžu tiež pomôcť vedcom v boji proti nárastu rezistencie na antibiotiká tým, že nám pomôžu pochopiť vzťahy medzi génmi a vytvoriť cielenú liečbu.

Zistenia by tiež mohli ovplyvniť dizajn mikroorganizmov určených na sekvestráciu uhlíka alebo rozklad znečisťujúcich látok, čo by nám mohlo pomôcť v boji proti klimatickým zmenám.

Štúdia bola publikovaná v časopise PNAS.