Добавить новость
ru24.net
News in English
Июль
2023

Synthetic Cells Stripped of Nearly All Their Genes Still Thrive Under Evolution

0

Life finds a way.

That’s the conclusion of a new study in Nature, which pitted synthetic bacterial cells against the force of evolution. Stripped down to a skeletal genetic blueprint, the artificial cells started with a losing hand for survival.

Yet they thrived, evolving at a rate nearly 40 percent faster than their non-minimal counterparts. Over 2,000 generations, the streamlined cells regained their evolutionary fitness—the ability to survive, grow, and reproduce—that was initially lost after removing a large portion of their genes.

The results could herald a next generation of synthetic bacteria that pump out insulin and other life-saving medications, produce biofuels, or bio-degrade hazardous chemicals—by tapping into, rather than fighting against, the power of evolution.

The crux was landing on a set of mutated genes that gave the minimal cell an advantage. The same technique might further refine artificial cells by guiding how next generations develop.

Practical uses aside, we can now peek into natural selection itself.

“It appears there’s something about life that’s really robust,” said study author Dr. Jay Lennon at Indiana University Bloomington. “We can simplify it down to just the bare essentials, but that doesn’t stop evolution from going to work.”

Genetic Handcuffs

Evolution is a double-edged sword.

You know the basics. Genes randomly mutate. Most times they don’t have an obvious affect. In some terrible cases mutations kill offspring or cause diseases and haunt later genetic lines.

But rarely, mutations provide the host with a superpower thanks to positive selection, which boosts evolutionary fitness and gives the animal a higher chance of passing down its genes. Examples include squids evolving color-changing skin that hides them from predators or, in humans, skin pigment adaptating to sunshine as we spread across the globe.

Not all genes are equal. Some, dubbed “essential genes,” are critical for survival. These genes mutate but at a very slow rate. Changes are highly dangerous, potentially driving a species toward extinction. Think of these kinds of genes as a house’s foundation—fiddling with them during renovations could cause the whole structure to crumble.

Other genes are far more flexible.

Take Mycoplasma mycoides, a kind of bacteria that often lounges inside the guts of goats. Over millennia, the bugs formed a symbiotic relationship with their hosts, shedding many genes naturally as they increasingly relied on their hosts for nutrition, while keeping genes essential for survival and reproduction. With just 901 genes, M. mycoides is a genetically petite bacteria.

Back in 2016, scientists at the J. Craig Venter Institute further crunched its genome, creating a living creature with just 493 genes. The resulting cell, dubbed JCVI-syn3B, is the simplest autonomous organism to ever grace planet Earth.

Upon learning about JCVI-syn3B at a conference, Lennon was hooked.

“I was blown away by…the analogies of trying to understand something from its simplest basis,” he said. But “if you create an organism that can reproduce, but then you allow it to experience the force of evolution…and mutations and damage that’s going to arise, how does it contend with that?”

The struggle is especially tough for JCVI-syn3B. Because its genome is stripped to the bare minimum, there’s little wiggle room for mutations. When every gene is critical for survival, evolution is Russian roulette—every genetic letter change increases the chances of extinction.

The odds get even bleaker. JCVI-syn3B also lacks protective genes that normally shield cells against mutations, cancer, and death.

We went into the study thinking the organism simply wouldn’t be able to contend with the “inevitable mutations [that are] going to hit one of those essential genes,” said Lennon.

A Minimalist Win

Testing the theory, the team pitted the minimal cell against the first-generation Mycoplasma mycoides (JCV10syn1.0) from which it was derived. Each strain grew in a nutritious broth for roughly 2,000 bacterial generations over 300 days, the equivalent of 40,000 years of human evolution.

It was a brutal trial: based on current estimates, a new mutation could hit every genetic letter more than 250 times during the test.

The first results came as a shock. Although both strains rapidly mutated, the rates didn’t differ. In other words, the little JCVI-syn3B could flexibly modify its genes like its non-minimal cousins, even though the latter had far more genetic letters to tolerate random mutations. Both bacterial strains survived similar types of genetic changes—insertions, deletions, and the switching of genetic letters—without a hitch.

Especially impressive was that the minimal cell came up short for evolutionary fitness at the initial ancestral “weigh in” (that is, before the bacterial cells began their evolutionary journeys).

“The initial effects of genome reduction were quite large; they made the cells sick,” said Lennon. Their fitness—the growth rate or their competitive ability—dropped by 50 percent.

Fast-forward 2,000 generations, and it was a different picture. The minimal cells bounced back, regaining a fitness rate similar to their non-minimal cousins. Despite harboring a bare-boned genome, they readapted to their surroundings and overcame initial genetic shortfalls.

The minimal cells’ main lifeline seemed to be “metabolic innovation.” Rather than adapting themselves to slurp more nutrients from the surrounding broth, the cells instead increased their ability to synthesize molecular pieces of fat into an outer protective layer, without sacrificing the lipid molecules essential for regeneration.

That’s not to say the minimal cells were completely alright. Expanding in size is often a marker of evolutionary fitness—it means a cell can potentially accommodate more proteins and other biomolecules for further growth and division. However, the minimal cell JCVI-syn3B remained roughly the same size, while its non-minimal cousin nearly doubled its heft.

The team has ideas why this might have happened.

Initial tests using CRISPR suggest that one gene in particular may be behind the minimal cell’s petite stature. The cells also lacked half of the usual molecular transporters dotted on their membranes. Like tiny “mouths,” these proteins help a cell catch and absorb nutrients. Fewer molecular mouths turned the cells into picky eaters, which could in turn have harmed their growth.

Another theory suggests cell size doesn’t matter for evolutionary fitness. A cell’s size may just be the fitness byproduct of another genetic trait like, for example, how fast its DNA replicates.

Recent advances in synthetic biology have focused on technological wizardry—such as building genomes for minimal organisms or inserting genetic circuits into bacterial hosts. But answering questions like this is why using synthetic biology to study evolution may be game-changing.

By combining synthetic biology with evolution, we can better understand how genes and their networks function, explained the authors. Ultimately, it may be possible to design and optimize increasingly sophisticated synthetic living systems in sustainable ways.

Image Credit: Tom Deerinck and Mark Ellisman / National Center for Imaging and Microscopy Research at the University of California at San Diego




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



Заведующий рефракционным отделением клиники микрохирургии глаза АйМед Кирилл Светлаков: как снизить нагрузку на глаза при работе с гаджетами

Покушение на Дональда Трампа в США. Могут проверить "Секретные службы".

РОССИЯ ПРОВЕРИТ ЦРУ И СЕКРЕТНУЮ СЛУЖБУ США?!

"Матрица" от ShantiOlga активирует изобилие


Топ-5 мест в России, куда можно сбежать от жары

Итоги конкурса моделей «Best Model Russia 2024»

Заведующий рефракционным отделением клиники микрохирургии глаза АйМед Кирилл Светлаков: как снизить нагрузку на глаза при работе с гаджетами

Сеть клиник «Будь Здоров» открывает новое направление лечения — ВМАС-терапию


The Faculty of International Journalism and Mass Communications of the Eurasian International University conducts an additional set of applicants!

‘He walked just fine’: Pros react to Abdul Razak Alhassan vs. Cody Brundage ending in controversial no-contest

See the $10M New Orleans mansion with a grisly past that lured a potential new buyer in less than a day

Warner will not be considered for 2025 Champions Trophy: Bailey


Летний туристический проект «Умные путешествия» запущен в Подмосковье

Доля ремонтов по ОСАГО упала почти в 2,5 раза

Каменный город

Крупный фитнес-центр "Кимберли" закрылся в Москве, кинув клиентов на 180 млн рублей


Ash of Gods: The Way перенесут на смартфоны — появилась страница в Play Market

How well does XCOM: Enemy Within hold up today?

Для Titan Slayer: Idle RPG проходит предрегистрация в Google Play

Former Bungie lead counsel explains how the studio nailed one of Destiny 2's most infamous leakers



Заведующий рефракционным отделением клиники микрохирургии глаза АйМед Кирилл Светлаков: как снизить нагрузку на глаза при работе с гаджетами

В Оренбургском филиале АО «Желдорреммаш» освоен ремонт нового оборудования для тепловозов «Витязь», работающих на БАМе

Складной Motorola Razr 50 рассекречен официальным источником

Финалист шоу “Голос” Сергей Арутюнов остался без голоса. Артист находится в больнице, состояние тяжёлое.




Начал отдаляться: психолог объяснила, как женщина из Перми решилась на убийство сына

Захарова заявила, что вопрос снятия санкций с Джей Ди Вэнса не стоит на повестке МИД РФ

На курс не повлияет. ЦБ перестал раскрывать объемы торгов валютой

«Автодор»: проезд легковушки по обходу Твери на М-11 составит 540 рублей


Оборот индустрии моды в Москве достиг 230 млрд за 3 года

Скончался народный артист России и музыкальный руководитель театра «ЛЕНКОМ» Сергей Рудницкий

На ВДНХ пройдут мероприятия по случаю Дня шахмат

Этап чемпионата России по кольцевым гонкам пройдет на автодроме в Раменском


Крейчикова о своем тренере Новотной, которая умерла в 2017-м: «Я даже не мечтала, что однажды выиграю тот же трофей, что и Яна»

«Исхудавшая, но с сияющей улыбкой»: онкобольная Кейт Миддлтон появилась на финале Уимблдона

Елена Рыбакина получила новую конкурентку после Уимблдона-2024

Российский теннисист Медведев рассказал о споре с судьей на Уимблдоне


Политолог Колчин: участие Лаврова в заседаниях ООН укрепляет авторитет РФ

На ВДНХ пройдут мероприятия по случаю Дня шахмат

Второй этап международной парусной регаты прошел в Мытищах

В Тюменской области завершился фестиваль «Лето в Тобольском кремле»


Музыкальные новости

Дни рождения

Немецкий тату-художник выставил на торги иглы, которыми он делал тату вокалисту Rammstein

Фото Курта Кобейна продано за $75 тысяч на торгах

Красноярск не-орденоносный, пришествие Глюкозы и потерянный на СВО боец: читаемые новости недели



Росгвардия завершила весеннюю призывную кампанию в Кузбассе

Лучшие Анекдоты из Питера за 13.07.2024

С «горячими» летними ставками. «Выберу.ру» подготовил рейтинг лучших накопительных счетов в июле 2024 года

Заведующий рефракционным отделением клиники микрохирургии глаза АйМед Кирилл Светлаков: как снизить нагрузку на глаза при работе с гаджетами


СК: Бастрыкин потребовал доклад по делу жарившей сосиски на Вечном огне девушки

Российские аналитики оценили состояние отечественного рынка ЦФА

Сибирский самоучка Виктор Елкин удивил Андрея Малахова в «Песнях от всей души»

Создание Афиши Выступления или Концерта, Мероприятия, События.


Опрос выяснил, что ростовчане больше жителей других российских городов недовольны засильем электросамокатов на улицах

Названа стоимость проезда из Москвы в Петербург по М-11

Летний туристический проект «Умные путешествия» запущен в Подмосковье

Доля ремонтов по ОСАГО упала почти в 2,5 раза


Путинские Игры дружбы в Екатеринбурге официально перенесены

Путинскую трассу в следующем году продлят от Екатеринбурга до Тюмени

Путин открыл последний участок трассы из Москвы в Санкт-Петербург

Путин открыл последний участок трассы М-11 из Москвы в Санкт-Петербург




Юлия Навальная обжаловала заочный арест по делу об участии в экстремистском сообществе

Адвокаты Навальной обжаловали ее заочный арест в России

Басманный суд: защита обжаловала заочный арест Юлии Навальной


Остап Стужев изучает историю Карадагского змея с точки зрения квантовой физики

Компания ICDMC приняла участие в XIV Фармацевтической конференции «Зелёный крест»

Финалист шоу “Голос” Сергей Арутюнов остался без голоса. Артист находится в больнице, состояние тяжёлое.

Врач дерматолог-косметолог Мадина Байрамукова: как уберечь себя от укусов комаров и ос


Окружение Зеленского рассказало о разочаровании саммитом НАТО

СМИ узнали об отчаянии в окружении Зеленского

Сам придумал наступление, сам отразил: пресс-конференция Зеленского превратилась в сеанс одновременного вранья, шантажа и гипноза

Киевский политолог: Запад предлагал «убрать Зеленского» и давал РФ координаты


Пензячка стала призером Чемпионата России по легкой атлетике

Росгвардейцы обеспечили безопасность футбольного матча в Москве

Культурные центры Москвы проведут мероприятия в рамках летнего фестиваля

Ольга Зайцева: Столица всегда поддерживает своих спортсменов


Минск предлагает урегулировать отношения с Варшавой и Вильнюсом, но не видит ответных шагов

Лукашенко: Минск нацелен решать проблемы с соседями дипломатией, а не войной

Чувашия и Беларусь — крепкий союз

Будем дипломатичными, пока сапог не ступит на нашу землю — Лукашенко



Собянин: в Москве построят три новые дороги согласно концессионным соглашениям

Сергей Собянин: Развиваем умные сервисы

Собянин: Три дороги будут построены в Москве по концессионным соглашениям

Собянин рассказал о создании сети цифровых диагностических устройств


Жара, наводнения, нашествие слизней: шаманский заговор или климатическое оружие против России?

Синоптик Леус: погода в Москве вернется к климатической норме 18 июля

Посмотрите, каким станет климат по всей планете через 60 лет. Петербург станет как Адыгея, а Москва — как Краснодар

Новая эра фарминга с приложением Tonique от создателей "Смешариков"


Чаша Грааля рыцаря Галахада, Иисуса Христа и Анатолия Голода. Научные основы. Полезные советы Высшего Всенародного Президента.

Скончался народный артист России и музыкальный руководитель театра «ЛЕНКОМ» Сергей Рудницкий

Видновские врачи спасли ребенка с пулей в ухе

Оборот индустрии моды в Москве достиг 230 млрд за 3 года


АО «Транснефть - Север» в I полугодии 2024 года выполнило диагностику более 1 тыс. км трубопроводов в 4 регионах

АО «Транснефть – Север» за 6 месяцев 2024 г. выполнило 26 тыс. экологических исследований

Дни рождения

Гребцы Архангельской области выступают на Всероссийских соревнованиях


Случайно убивший журналистку Бабаеву инструктор получил год исправительных работ

В рейтинге городов России по объемам ввода жилья Севастополь на 29 месте, Симферополь — 73

«Падает цена там, где она уже перегрета». В Симферополе цена на квартиры-малютки снизилась, в Севастополе — стабильно высокая

Дорогу, в провале которой в 2014 году погибли 6 человек, снова закрыли


Этап чемпионата России по кольцевым гонкам пройдет на автодроме в Раменском

Юрист Едидин посоветовал разграничить сим-карты для различных действий

Политолог Колчин: участие Лаврова в заседаниях ООН укрепляет авторитет РФ

На ВДНХ пройдут мероприятия по случаю Дня шахмат












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Ролан Гаррос

Крейчикова выиграла второй турнир «Большого шлема» и вернется в топ-10






Юрист Едидин посоветовал разграничить сим-карты для различных действий

В Тюменской области завершился фестиваль «Лето в Тобольском кремле»

Видновские врачи спасли ребенка с пулей в ухе

Скончался народный артист России и музыкальный руководитель театра «ЛЕНКОМ» Сергей Рудницкий