新基因无中生有

生物学中的一个关键问题是新基因是如何产生和发展的。瑞典研究人员现在展示了如何从随机DNA序列中选择对细菌有益的新基因和功能。这些结果发表在科学杂志mBio上。

新的基因和功能蛋白是如何产生和发育的？这是进化生物学中最基本的问题之一。已经提出了两种不同类型的机制：(1)具有新功能的新基因来自现有基因，(2)新基因和蛋白质由随机DNA序列进化而来，与现有基因和蛋白质没有相似性。在这项研究中，研究人员探索了后一种机制：来自随机DNA序列的新基因和蛋白质的进化——称为从头进化。很容易理解，当一个基因已经存在时，可以对其进行修改，获得新的功能。但是“无”是如何成为一个能提供自然选择所青睐的小优势的函数的呢？

本实验的原料是一个包含约5亿条随机基因序列的大型文库，从中鉴定出具有生物学功能的肽序列。在这个实验中，随机基因序列被放在质粒上并被过表达。科学家们随后调查了他们是否能赋予细菌一种特殊的属性。例如，它们能给细菌抗生素抗性吗？他们发现，几种短肽(22-25个氨基酸长)可以使细菌对氨基糖苷类药物产生高度耐药性，氨基糖苷类药物是一种治疗严重感染的重要抗生素。

“项目开始时，我们的期望值很低。当我们发现肽可以将抵抗力水平提高48倍时，我们感到很惊讶，”该研究的主要作者迈克尔克诺普博士说。

通过基因和功能实验的结合，科学家可以通过将自己附着在细菌细胞膜上，影响膜上的质子电位，证明这些肽具有耐药性。质子被破坏导致抗生素摄入减少，使细菌产生耐药性。

“这项研究很重要，因为它表明完全随机的氨基酸序列可以产生新的有益功能，这种从头进化过程可以在实验室中进行实验研究，”医学教授Dan I. Andersson说。细菌学，主要负责这项研究。

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