达尔文进化只能遵循很少的突变路径来适应蛋白质
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
细菌高抗生素耐药性的进化途径受到高度限制. 大多数突变组合是难以接近的,因为变性,使蛋白质进化可预测.
科学领域:
- 生物化学 生物化学
- 进化生物学 进化生物学
- 微生物学 微生物学
背景情况:
- 细菌对抗生素的耐药性是一个重大的临床挑战.
- β-乳酸酶酶赋予了对β-乳酸抗生素的耐药性.
- 高级耐药性可能来自单个基因中的多个突变.
研究的目的:
- 调查导致高水平β-乳糖酶介导抗生素耐药性的进化轨迹.
- 为了确定不同突变途径对达尔文选择的可访问性.
- 确定限制进化可能性的生物物理约束.
主要方法:
- 对特定β-乳糖酶等位基因的突变轨迹的分析.
- 评估单个突变对各种组合药物耐药性的贡献.
- 鉴定突变的类效应.
主要成果:
- 五点突变使抗生素耐药性增加了约10万倍.
- 在120个可能的突变轨迹中,102个是无法选择的.
- 在五种产生耐药性的突变中,有四种突变在某些组合中显示出减少或完全没有益处,这是由于类型变异.
- 生物物理类型显著限制了进化途径.
结论:
- 蛋白质进化,特别是通过误解突变,受到生物物理类型的严重限制.
- 仅限于可访问的进化途径表明,蛋白质进化可能在很大程度上是可复制和可预测的.
- 了解这些限制对于预测抗生素耐药性的出现和指导药物开发至关重要.
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