Forskare skapade nya gener

På mindre än ett år har forskarna i laboratoriet imiterat en process som i naturen brukar ta tusentals eller till och med många miljoner år.
– Vi tror att vår modell beskriver en mekanism för hur nya gener uppstår, som haft och har en huvudroll under utvecklingen av biologisk mångfald på vår jord, säger professor Dan Andersson, vid Institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, Uppsala universitet.
Sedan länge är det känt att det när celler delar sig ibland bildas extra kopior av någon befintlig gen. En teori har varit att en gen med en ny, annorlunda funktion kan uppstå genom mutationer i en sådan överflödig extra genkopia.
– Men en genkopia som inte gör någon nytta skulle snabbt ha rensats bort ur arvsmassan innan de nya gynnsamma mutationerna hunnit uppstå. För att kunna fungera som utgångsmaterial för en helt ny gen har vi därför antagit att arvsanlaget redan före uppkomsten av den extra kopian utöver sin huvudfunktion måste ha någon för organismen gynnsam bifunktion.

Forskarkollegan Joakim Näsvall har i laboratoriet testat denna modell med hjälp av bakterier med en gen som är inblandad i syntesen av två aminosyror som bakterierna behöver, tryptofan och histidin. När tryptofan och histidin togs bort från odlingsmediet kunde bakterier med bara någon enstaka kopia av denna gen inte längre föröka sig, medan bakterier med flera kopior av genen, och därmed bättre möjligheter att syntestisera aminosyrorna, gynnades. På så sätt skapades bakterier med upp till 20 genkopior.
– I en del av dessa gener uppstod mutationer som specialiserade dem på att bli mycket bättre på antingen tryptofan- eller histidinsyntes. Efter några tusen generationer av bakterietillväxt, vilket motsvarade cirka ett år i realtid, hade dessa etablerat sig som nya specialiserade gener samtidigt som bakterierna gjort sig av med de många extrakopiorna, säger Dan Andersson.

Han tror att samma sak skulle kunna hända med bakterier i naturen som utsätts för något giftigt ämne – till exempel antibiotika eller bekämpningsmedel – som de behöver kunna oskadliggöra.
– Men förmodligen är mutationer i genkopior en ännu viktigare orsak till uppkomsten av nya gener i högre organismer, inklusive oss själva, än i bakterier.
Även om studien i första hand är avsedd att förklara en mekanism för evolutionen här på jorden kan den också få tillämpningar här och nu.
– Man kan till exempel tänka sig att vår modell används för att selektera fram organismer som är extra effektiva på att sköta någon viss syntes inom den biotekniska industrin, säger Dan Andersson.