9 апреля 2008 г.

Дарвиновская эволюция на чипе

На днях в журнале PLoS Biology появилась совершенно поразительная статья под названием Darwinian Evolution on a Chip. В ней описываются результаты полностью автоматизированного эксперимента по управлению эволюцией коротких молекул РНК в постоянно ухудшающихся условиях.


Схема экспримента и фотография автоматизированного микрожидкостного устройства, внутри которого и происходила эволюция. Источник: статья в PLoS.

Ставился эксперимент так. Взяли "бульон" коротких молекул РНК, способных связываться с заданным субстратом (тоже куском РНК) и фактически воспроизводить себя. Чем лучше та или иная РНК-молекула связывается с субстратом, тем больше у нее шансы на быстрое размножение. Компьютер ждал то время, пока концентрация молекул не увеличилась в 10 раз (это делалось по наблюдению за флуоресценцией бульона), затем все перемешивали и разводили 1 к 10. И снова цикл эволюции.

Потом, после примерно 100 циклов, субстрат разбавлялся -- т.е. молекулам приходилось уже плодиться в более суровых условиях. Вначале цикл 10-кратного роста был очень медленный, но постепенно молекулы за счет отбора рпиноравливались и снова переходили на быстрое размножение. Через 100 циклов происходило новое разбавление, и так далее.

"Фенотипические" результаты эволюции наблюдались в реальном времени как постепенное ускорение воспроизводства РНК при заданной концентрации субстрата. Оказалось, что в конце эксперимента получились молекулы с 90-кратно повышенной эффективностью размножения на данном субстрате, чем в начальном бульоне. Вот вам налицо приспособленность к новым условиям.

Генетические изменения состояли в том, что в конечных молекулах наблюдались 11 точечных мутаций в разных местах РНК молекулы. Почему получились именно такие -- непонятно, но совершенно очевидно, что это именно "правильные" мутации -- ведь они сделали молекулы более "плодовитыми".


Поскольку управлял всеми этими процессами компьютер по заданной программе, получилось фактически устройство, "программирующее эволюцию". Можно легко представить себе ситуацию лет через 10, когда такие устройства станут легко доступными, а специально обученные программисты будут писать "эволюционные программы" для достижения той или иной цели.

4 комментария:

  1. Анонимный9/4/08 15:30

    Вот по ссылке ниже описано, как подобным образом сделали микросхему, отличающую частоту 1кгц от 10.
    Самое интересное -- получившаяся конструкция работала только в узком диапазоне температур.
    Ну впрочем не буду пересказывать, все тут:
    http://www.cogs.susx.ac.uk/users/adrianth/ascot/paper/paper.html

    ОтветитьУдалить
  2. Хм, по Вашей ссылке рассказывается совсем про другую задачу -- про применение генетических алгоритмов в компьютерном моделировании радиотехнических приборов. А тут речь не про компьютерное моделирование эволюции, а про самую настоящую почти "живую" эволюцию биологических молекул в растворе, которую можно программировать в буквальном смысле.

    ОтветитьУдалить
  3. Эксперимент, конечно, красивый, но мне кажется, что результат-то был предсказуем, разве нет? Ну, может только про "правильные" мутации было не понятно заранее, так ведь и осталось не понятно? :) Наконец, все-таки представить эволюцию как усиление какого-то признака в ходе естественного отбора как-то узко... Вот если бы после всех этих циклов мутации привели к появлению нового признака :)

    ОтветитьУдалить
  4. Да, конечно, результат был вполне ожидаем. Но главная цель этого эксперимента была в демонстрации того, что такие вещи можно автоматизировать. И сейчас, когда методика показана, можно уже "программировать эволюцию", конечный результат которой заранее непонятен.

    Насчет понимания правильных мутаций. На самом деле, это по-моему здорово, что можно получать нужный эволюционный результат, не зная заранее пути к нему. Можно сказать, что поставленную нами задачу послушно решает природа, и нам выдает уже готовый ответ.

    ОтветитьУдалить