WASHINGTON — When bacteria lose gen

WASHINGTON — When bacteria lose genes needed to make enzymes for important chemical reactions, defeat isn’t inevitable. Sometimes other enzymes will take on new roles to patch together a work-around chain of reactions that does the job, biologist Shelley Copley reported August 4 at the 2nd American Society for Microbiology Conference on Experimental Microbial Evolution.

Bacteria that can adapt in this way are more likely to survive when living conditions change, passing along these new tricks to their descendants. So studying these biochemical gymnastics is helping scientists to understand how evolution works on a molecular level.

Working with different strains of Escherichia coli bacteria, Copley and colleagues deleted genes responsible for making crucial enzymes. The team then watched the microbes replicate for many generations to see how they worked around those limitations.

Most enzymes are highly specialized: They only work well to speed up one type of reaction, the way a key fits only one lock. But some enzymes are more like master keys — they can boost multiple reactions, though they tend to specialize in one. These so-called “promiscuous” enzymes can switch away from their specialty if conditions change.

Copley’s team found that new enzymes would sub in to replace the missing ones. For instance, E. coli missing an enzyme needed to make vitamin B6 synthesized the vitamin using a different set of enzymes. But surprisingly, the promiscuous enzymes didn’t end up directly triggering the same reaction as the enzymes they replaced. Instead, the replacement enzymes cobbled together a different (often longer) work-around series of reactions that ultimately achieved the same function.

“We were rerouting metabolism,” said Copley, of the University of Colorado Boulder.

By modifying the bacteria’s genes and forcing the microbes to survive with a more limited chemical toolkit, Copley’s work gives a more detailed look at the biochemistry underlying evolution, says biologist Gavin Sherlock of Stanford University, who was not involved in the research.

Betul Kacar, a synthetic biologist at Harvard University, says promiscuity could also be a window into the past, giving hints about enzymes’ previous roles earlier in evolutionary history. The role that an enzyme jumps in to play in a pinch could have once been its main job. “Trying to understand how novel pathways arise, what kind of mechanistic underlying forces shape those trajectories, is quite essential,” she says.

Bacteria can piece together all sorts of alternative routes in response to missing enzymes, depending on specific environmental conditions, Copley said. The ones that are most successful are more efficient —they have fewer steps, or they yield more of the desired reaction product.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

วอชิงตัน — เมื่อแบคทีเรียสูญเสียยีนที่จำเป็นเพื่อให้เอนไซม์ปฏิกิริยาเคมีที่สำคัญ ความพ่ายแพ้ไม่ได้หลีกเลี่ยงไม่ได้ บางครั้งเอนไซม์อื่น ๆ จะใช้เวลาในบทบาทใหม่ที่ร่วมกันทำงานรอบ ๆ ห่วงโซ่ของปฏิกิริยาที่ไม่ทำงาน นักชีววิทยาทโคบเลย์เชลลีย์รายงานวันที่ 4 สิงหาคมที่สมาคมอเมริกัน 2 สำหรับการประชุมจุลชีววิทยาวิวัฒนาการทดลองจุลินทรีย์แบคทีเรียที่สามารถปรับเปลี่ยนในลักษณะนี้มีแนวโน้มที่จะอยู่รอดเมื่อสภาพเปลี่ยน ผ่านไปตามเทคนิคใหม่เหล่านี้เพื่อลูกหลานของพวกเขา ดังนั้น เรียนยิมนาสติกชีวเคมีเหล่านี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวิธีการทำงานของวิวัฒนาการในระดับโมเลกุลทำงานกับสายพันธุ์ต่าง ๆ ของเชื้อแบคทีเรีย Escherichia coli ทโคบเลย์และเพื่อนร่วมงานลบยีนที่สร้างเอนไซม์สำคัญ ทีมงานดูแล้วจุลินทรีย์ replicate สำหรับรุ่นต่าง ๆ เพื่อดูว่าพวกเขาทำงานที่รอบข้อจำกัดเหล่านั้นเอนไซม์ส่วนใหญ่มีความสูง: เท่าที่พวกเขาทำงานด้วยความเร็วค่าหนึ่งชนิดของปฏิกิริยา เหมาะกับวิธีที่คีย์ล็อคเดียวเท่านั้น แต่เอนไซม์บางอย่างเพิ่มเติมเช่นคีย์หลัก — พวกเขาสามารถเพิ่มปฏิกิริยาหลาย แต่พวกเขามักจะเชี่ยวชาญในการ เอนไซม์ "สมบัติ" เหล่านี้เรียกว่าสามารถสลับจากพิเศษของพวกเขาถ้าเปลี่ยนเงื่อนไขทีมงานของทโคบเลย์พบใหม่เอนไซม์จะย่อยในการแทนแฟ้มที่หายไป เช่น ขาดเอนไซม์จำเป็นเพื่อให้วิตามิน B6 E. coli สังเคราะห์วิตามินที่ใช้ชุดของเอนไซม์ แต่น่าแปลกที่ เอนไซม์กะหรี่ไม่สิ้นสุดโดยตรงเรียกปฏิกิริยาเดียวเป็นเอนไซม์พวกเขาแทน แทน ทดแทนเอนไซม์ cobbled กันแตกต่างกัน (มักจะยาว) ทำงานรอบ ๆ ชุดปฏิกิริยาที่ฟังก์ชันเดียวกันที่ประสบความสำเร็จในที่สุด"เราถูกเส้นเผาผลาญ ทโคบเลย์ ของ Boulder มหาวิทยาลัยโคโลราโดกล่าวโดยการปรับเปลี่ยนยีนของแบคทีเรีย และจุลินทรีย์เพื่อความอยู่รอด ด้วยเครื่องมือเคมีจำกัดมากขึ้นบังคับให้ ทโคบเลย์ของงานให้ดูรายละเอียดเพิ่มเติมที่ชีวเคมีพื้นฐานวิวัฒนาการ กล่าวว่า นักชีววิทยา Gavin Sherlock ของ Stanford University ที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยเบตุล Kacar เป็นนักชีววิทยาสังเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด พูดว่า งมงายได้หน้าต่างสู่อดีต ให้คำแนะนำเกี่ยวกับบทบาทของเอนไซม์ก่อนหน้านี้ก่อนหน้านี้ในประวัติวิวัฒนาการ บทบาทที่เอนไซม์กระโดดในการเล่นในยามจำเป็น เมื่อมีงานหลัก "พยายามเข้าใจวิธีนวนิยายทางเดินเกิดขึ้น ชนิดของกองกำลังที่อยู่ภายใต้กลไกรูปร่างวิถีเหล่านั้น เป็นสิ่งสำคัญมาก เธอกล่าวแบคทีเรียสามารถชิ้นด้วยกันทุกเส้นทางอื่นในการตอบสนองต่อเอนไซม์ที่ขาดหายไป ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจง ทโคบเลย์กล่าว คนที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดมีประสิทธิภาพมากขึ้น — พวกเขามีขั้นตอนน้อยลง หรือพวกเขาผลผลิตเพิ่มเติมของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่ต้องการ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

วอชิงตัน - เมื่อแบคทีเรียสูญเสียยีนที่จำเป็นเพื่อให้เอนไซม์สำหรับปฏิกิริยาทางเคมีที่สำคัญความพ่ายแพ้เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ บางครั้งเอนไซม์อื่น ๆ จะได้รับบทบาทใหม่ในการแก้ไขร่วมกันเป็นห่วงโซ่การทำงานรอบของการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่งานชีววิทยาเชลลีย์เพลย์รายงาน 4 สิงหาคมที่สังคมอเมริกันที่ 2 สำหรับจุลชีววิทยาการประชุมเกี่ยวกับการทดลองจุลินทรีย์วิวัฒนาการ.

แบคทีเรียที่สามารถปรับตัวในทางนี้ มีแนวโน้มที่จะอยู่รอดได้เมื่ออยู่เปลี่ยนแปลงเงื่อนไขผ่านพร้อมเทคนิคใหม่เหล่านี้เพื่อลูกหลานของพวกเขา ดังนั้นการเรียนยิมนาสติกชีวเคมีเหล่านี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจวิธีการทำงานวิวัฒนาการในระดับโมเลกุล.

การทำงานกับสายพันธุ์ที่แตกต่างกันของ Escherichia coli แบคทีเรียเพลย์และเพื่อนร่วมงานที่ถูกลบยีนรับผิดชอบในการทำให้เอนไซม์สำคัญ จากนั้นทีมดูจุลินทรีย์ทำซ้ำหลายชั่วอายุคนเพื่อดูว่าพวกเขาทำงานเลี่ยงข้อ จำกัด เหล่านั้น.

เอนไซม์ส่วนใหญ่มีความเชี่ยวชาญสูง: พวกเขาทำงานได้ดีเพื่อเพิ่มความเร็วในประเภทหนึ่งของการเกิดปฏิกิริยาทางที่สำคัญเหมาะกับเพียงหนึ่งล็อค แต่บางเอนไซม์มีมากขึ้นเช่นคีย์หลัก - พวกเขาสามารถเพิ่มปฏิกิริยาหลายแม้ว่าพวกเขามีแนวโน้มที่จะมีความเชี่ยวชาญในหนึ่ง เหล่านี้เรียกว่า "สำส่อน" เอนไซม์สามารถสลับห่างจากพิเศษของพวกเขาถ้าเปลี่ยนแปลงเงื่อนไข.

ทีมเพลย์พบว่าเอนไซม์ย่อยใหม่จะเข้ามาแทนที่คนที่ขาดหายไป ยกตัวอย่างเช่นเชื้อ E. coli หายไปเอนไซม์ที่จำเป็นเพื่อให้วิตามินบี 6 วิตามินสังเคราะห์โดยใช้ชุดที่แตกต่างกันของเอนไซม์ แต่น่าแปลกใจเอนไซม์สำส่อนไม่ได้จบลงโดยตรงเรียกปฏิกิริยาเช่นเดียวกับเอนไซม์ที่พวกเขาแทนที่ แต่เอนไซม์ทดแทน cobbled กันที่แตกต่างกัน (มักจะนานกว่านั้น) ทำงานรอบชุดของปฏิกิริยาในท้ายที่สุดว่าประสบความสำเร็จในการทำงานเช่นเดียว.

"เรากำลังเปลี่ยนเส้นทางการเผาผลาญ" เพลย์กล่าวว่าจากมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอ.

โดยการปรับเปลี่ยนยีนของแบคทีเรียและบังคับให้ จุลินทรีย์เพื่อความอยู่รอดด้วย Toolkit เคมี จำกัด มากขึ้นการทำงานของเพลย์จะช่วยให้ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ชีวเคมีพื้นฐานวิวัฒนาการชีววิทยา Gavin Sherlock ของมหาวิทยาลัยสแตนฟอที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัย. กล่าวว่า

Betul Kacar นักชีววิทยาสังเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ กล่าวว่าสำส่อนยังอาจเป็นหน้าต่างเข้าไปในอดีตที่ผ่านมาให้คำแนะนำเกี่ยวกับบทบาทหน้าที่ของเอนไซม์ 'ก่อนหน้านี้ในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ บทบาทที่เป็นเอนไซม์กระโดดในการเล่นในหยิกจะได้รับเมื่องานหลัก "พยายามที่จะเข้าใจว่าทางเดินนวนิยายเกิดขึ้นสิ่งที่ชนิดของกองกำลังพื้นฐานกลไกรูปร่างวิถีเหล่านั้นเป็นสิ่งสำคัญมาก" เธอกล่าว.

แบคทีเรียสามารถปะติดปะต่อทุกประเภทของเส้นทางอื่นในการตอบสนองต่อเอนไซม์ที่ขาดหายไปทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมเฉพาะเพลย์กล่าวว่า . คนที่ประสบความสำเร็จส่วนใหญ่จะมีประสิทธิภาพมากขึ้น -they มีขั้นตอนน้อยลงหรือพวกเขาให้ผลผลิตมากขึ้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่ต้องการ