Опровержение гипотезы 60-летней давности: большинство «тихих» мутаций на самом деле вредны

Генетический код «взломали» в начале 1960-х, выяснив правило, по которому информация, хранящаяся в молекулах ДНК, преобразуется в белки, функциональные компоненты живых клеток.

Иногда в генетическом коде встречаются однобуквенные «орфографические ошибки», известные как точечные мутации. Несинонимичные мутации представляют собой точечные модификации, которые изменяют образующиеся последовательности белков, в то время как молчаливые или синонимичные мутации не изменяют последовательности белков. От одной четверти до одной трети точечных мутаций являются синонимичными. Их считали нейтральными или почти нейтральными, то есть никак не отражающимися на жизни организма.

Но в исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature, биологи Мичиганского университета (США) показали, что большинство синонимичных мутаций очень вредны. Об этом сообщает SciTechDaily. По словам авторов исследования, открытие будет иметь серьезные последствия для изучения механизмов болезней человека, а также для эволюционной биологии.

«Поскольку многие биологические выводы основаны на предположении, что синонимичные мутации нейтральны, его опровержение имеет широкие последствия», — сказал старший автор исследования Цзянжи Чжан.

Ученые использовали в исследовании почкующихся дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), потому что короткое время генерации организма (около 80 минут) и небольшой размер позволили относительно быстро, точно и удобно измерить эффекты большого количества синонимичных мутаций. Было применено редактирование генома CRISPR/Cas9 для создания более 8000 мутантных штаммов дрожжей, каждый из которых несет мутации в одном из генов.

Затем количественно оценили «пригодность» для жизни каждого мутантного штамма, измерив, насколько быстро он размножался по сравнению с немутантным. Проще говоря, это дарвиновская приспособленность, выражающаяся в количестве потомства. Так измерение репродуктивной способности штаммов дрожжей показало, были ли мутации полезными, вредными или нейтральными.

К своему удивлению, исследователи обнаружили, что 75,9% синонимичных мутаций были очень вредными, а 1,3% — очень полезными.

«Одна из причин заключается в том, что как синонимичные, так и несинонимичные мутации изменяют уровень экспрессии генов, а степень этого эффекта предсказывает эффект приспособленности», — сказал ведущий автор статьи, аспирант Сюкан Шен.

Ученые отметили, что для проверки результатов необходимы подтверждения на других организмах.