Tema

Matematiken som förutspår evolutionens vägar

Olika gener samverkar för att ge upphov till en viss egenskap. Genom att använda kunskap om hur denna samverkan går till, har Umeåforskare kunnat konstruera matematiska modeller som förklarar vilka vägar evolutionen kommer att ta.

Evolutionsbiologin har länge haft ett fokus på historiska händelser eftersom det ansetts vara omöjligt att förutsäga framtida händelser på grund av komplexiteten hos levande organismer och inverkan av slumpmässiga mutationer eller händelser i miljön.

– Vi visar att det går att förutsäga evolution, i alla fall till viss del. Men det är väldigt mycket vi ännu inte förstår, säger Peter Lind, mikrobiolog och forskarassistent vid Umeå universitet och huvudförfattare till artikeln, som publicerats i den vetenskapliga tidskriften eLife.

Tillsammans med universitetslektor Eric Libby har han konstruerat matematiska modeller av hur olika gener samverkar för att förutsäga vissa aspekter av evolutionen och sedan jämfört förutsägelserna med vad som verkligen hände när de studerade evolutionen av bakterier i realtid i laboratoriet.

Variationer i mutationshastighet
Resultaten visar dock att variationer i mutationshastighet mellan olika gener och skillnader mellan hur bra olika mutanter är på att konkurrera med varandra också spelar stor roll för att förklara utfallet.

– Dessa aspekter är än så länge svåra att förutsäga och vi arbetar nu vidare för att se hur vi kan komma närmare en lösning på dessa problem, säger Eric Libby, matematiker och universitetslektor vid Umeå universitet och medförfattare till artikeln.

Studerar hur bakterier anpassar sig
Genom att låta bakterier anpassa sig till en ny miljö i laboratoriet kan forskarna studera evolution i realtid och fördelaktiga mutationer identifieras med hjälp av nya tekniker för att läsa av DNA-koden. Forskarteamet använde sig av bakterien Pseudomonas fluorescens i dessa studier.

Till exempel kan forskarna förutsäga vilka gener som kommer mutera för att överproducera en signalmolekyl för bildande av en biofilm. Biofilm är ett aggregat av mikroorganismer och mutanter som överproducerar extracellulära substanser, som utgör en viktig del av biofilmen, har ökad motståndskraft mot antibiotika och är vanliga hos vissa sjukdomsframkallande bakterier.

– Förhoppningen är att vi någon gång i framtiden kommer kunna förutsäga de evolutionära processer som ligger till grund för till exempel utveckling av antibiotikaresistens, nya infektionssjukdomar och cancer, säger Peter Lind.

Artikel:
Predicting mutational routes to new adaptive phenotypes. Peter A. Lind, Eric Libby, Jenny Herzog and Paul B. Rainey. eLife 38822.

Kontakt:
Peter Lind, Forskarassistent på Institutionen för molekylärbiologi, Umeå universitet, peter.lind@umu.se

Läs också

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Matematiken som förutspår evolutionens vägar

 lästid ~ 2 min