ダーウィンの進化論は,タンパク質に適合する変異の経路をごくわずかしかたどることができない
Daniel M Weinreich1, Nigel F Delaney, Mark A Depristo
1Department of Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University, 16 Divinity Avenue, Cambridge, MA 02138, USA. dmw@post.harvard.edu
バクテリアの抗生物質耐性の高い進化の経路は,非常に制限されています. ほとんどの突然変異の組み合わせは,プレオトロピーによりアクセスできないため,タンパク質の進化は予測可能になります.
科学分野:
- バイオケミストリー バイオケミストリー
- 進化生物学の進化生物学について
- 微生物学 微生物学とは
背景:
- 抗生物質に対する細菌耐性は,主要な臨床的課題です.
- ベータ・ラクタマース酵素は,ベータ・ラクタム系抗生物質に対する耐性を付与する.
- 高レベルの耐性は,単一の遺伝子の複数の変異から生じる可能性があります.
研究 の 目的:
- 高レベルのβ-ラクタマゼ媒介抗生物質耐性につながる進化の軌道を調査する.
- ダーウィンの選択への異なる変異経路のアクセシビリティを決定する.
- 進化の可能性を制限する生体物理的制約を特定する.
主な方法:
- 特定のβ-ラクタマースアレルの変異軌道の分析.
- 薬剤耐性に対する個々の突然変異の貢献の評価,様々な組み合わせで.
- 変異のプレオトロプ的効果の特定.
主要な成果:
- 5点の突然変異は,抗生物質耐性を約10万倍に増加させる.
- 120の可能な変異軌跡のうち,102は選択ができない.
- 耐性を与える5つの変異のうち4つは,プレイオトロピーによる特定の組み合わせで,減少したまたは何の利点も示さない.
- 生物物理的プレオトロピーは,進化の経路を著しく制限する.
結論:
- タンパク質の進化,特にミッセンスの変異によって,生物物理学的プレオトロピーによって大きく制約されています.
- 進化の経路が限られていることから,タンパク質の進化は概ね再現可能で予測可能であると考えられる.
- これらの制約を理解することは,抗生物質耐性の出現を予測し,薬の開発を導くために非常に重要です.
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