I biologi riproducono 500 milioni di anni di evoluzione di E Coli in laboratorio

La biologia sta cambiando così rapidamente e radicalmente che è difficile tenere traccia delle trasformazioni rivoluzionarie in atto.

Ecco uno di loro. La biologia sintetica è la progettazione e la costruzione di sistemi biologici non presenti in natura. Questa è ingegneria: usare blocchi molecolari per creare nuove biomolecole, come i geni.

Ecco un'altra tecnica. Confrontando il DNA di specie correlate, i biologi possono elaborare la struttura del DNA dei loro antenati comuni.

Quindi, usando la biologia sintetica, possono ricostruire queste sequenze in laboratorio. In questo modo, i biologi hanno iniziato a resuscitare tutti i tipi di antiche biomolecole, compresi i recettori ormonali e persino le antiche macchine molecolari.

Oggi Betül Kaçar ed Eric Gaucher del Georgia Institute of Technology di Atlanta rivelano di aver combinato queste tecniche per eseguire un esperimento straordinario.

Questi ragazzi hanno ricostruito un antico gene da un antenato dell'organismo batterico E coli vissuto circa 500 milioni di anni fa. Hanno quindi sostituito la versione moderna di questo gene con quella antica in una popolazione di E coli.

Questo segna la prima volta che un gene antico è stato integrato genomicamente al posto della sua controparte moderna all'interno di un organismo contemporaneo, dicono.

Questo è Jurassic Park su scala batterica (anche se un nome migliore dato la scala temporale potrebbe essere Cambrian o Ordovician Park).

Ma Kaçar e Gaucher non sono finiti qui. Dicono che i loro antichi batteri offrano un'opportunità unica di riprodurre l'evoluzione in laboratorio per vedere se l'E coli di oggi si evolve di nuovo o se succede qualcos'altro.

L'idea è quella di consentire all'organismo di evolversi nel corso di molte generazioni in condizioni attentamente controllate. I vari adattamenti possono essere misurati utilizzando criteri di fitness, come il tempo necessario per raddoppiare la popolazione batterica. Il sequenziamento dell'intero genoma può quindi mostrare quali tipi di cambiamenti si verificano.

Questo non è mai stato fatto con batteri modificati in questo modo. Kaçar e Gaucher affermano che ci sono essenzialmente due classi di possibili risultati in questi esperimenti.

Il primo riguarda il gene stesso. O il gene antico si adatta ripetutamente alla rete moderna per produrre una copia esatta della sua controparte moderna o si evolve in un modo completamente diverso.

La seconda classe coinvolge la rete di geni nell'organismo moderno. O la rete moderna si evolve nella rete antica, resuscitando così l'antica creatura, oppure la rete moderna si adatta in un modo completamente nuovo.

Il problema, ovviamente, sarà quello di separare tutto questo dai disordinati dettagli sperimentali.

Finora Kaçar e Gaucher hanno effettuato solo misurazioni preliminari dell'idoneità. Dicono che la popolazione dell'antica E coli impiega il doppio del tempo per raddoppiare le sue dimensioni rispetto alle creature moderne. Ma è ancora all'inizio del loro lavoro sull'evoluzione sperimentale.

Il nuovo approccio apre la possibilità di esaminare tutti i tipi di domande interessanti sul ruolo nell'evoluzione di fattori come il caso e il determinismo.

Ad esempio Kaçar e Gaucher vogliono sapere se l'evoluzione porta a un unico punto oa più soluzioni; se certe mutazioni sono prevedibili e se leggi universali governano l'evoluzione biologica.

Questo è il tipo di domande che ci aiuterà a capire non solo il ruolo dell'evoluzione nel produrre la vita come la conosciamo, ma anche il ruolo che può svolgere nella vita-non l'abbiamo mai immaginata; in altre parole per la vita su altri pianeti e in forme di vita artificiale ancora da creare in laboratorio.

Domande importanti dal lavoro che varrà la pena guardare in futuro.

Rif: arxiv.org/abs/1209.5032 : Verso la ricapitolazione della storia antica in laboratorio: combinare la biologia sintetica con l'evoluzione sperimentale

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