Эволюция генетического разнообразия бактерий направляется внут | Наука и Техника

Эволюция генетического разнообразия бактерий направляется внутривидовой конкуренцией и гонкой вооружений с фагами

Эволюционный эксперимент на бактериях и фагах позволил в деталях проследить, как совместное действие двух факторов — внутривидовой конкуренции и гонки вооружений с паразитами — направляет эволюцию внутривидового разнообразия у бактерий, защищающихся от фагов при помощи системы CRISPR. Исследование подтвердило классическую гипотезу «убей победителя», согласно которой паразиты поддерживают разнообразие способов защиты у жертв, преимущественно поражая особей с самым распространенным вариантом защиты. Однако, вопреки классическим представлениям, в выигрыше в итоге оказываются не более редкие варианты из исходно имеющегося набора, а новые, появляющиеся в ходе адаптации «победителей» к усиленному прессу паразитов. Родоначальниками новых успешных штаммов часто становятся именно прежние «победители», потому что они сильны в конкуренции с другими штаммами и имеют высокую численность, пока их не одолеют вирусы. В результате разнообразие бактерий постоянно обновляется. В целом бактерии опережают фагов в эволюционной гонке, потому что способны быстро вырабатывать сотни разных вариантов защиты от одного и того же фага (сотни разных спейсеров в локусе CRISPR), в то время как фагу нужны особые мутации для преодоления каждой из этих защит, и у него нет аналогов системы CRISPR для направленного редактирования своего генома. В результате даже высочайшая скорость эволюции вирусов оказывается недостаточной, чтобы поспеть за системой адаптивного иммунитета бактерий. Но фаги продолжают процветать, потому что в случае их локального вымирания конкуренция между штаммами бактерий приводит к быстрой утрате иммунного разнообразия, что делает бактерии уязвимыми для новых эпидемий.



Источник