Понимание мутационных процессов в клетке даёт ключ к изучению эволюции генома бактерий. Особенно активно мутационные процессы изучают в раковых клетках человека. Учёные из Сколтеха, Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН и Национального центра биологических наук в Индии впервые изучили и сравнили общий спектр мутаций лабораторной и природной кишечной палочки и пришли к выводу, что они практически не отличаются. Результаты представлены в журнале Genome Biology and Evolution.

«Мутации возникают либо в процессе репликации — копирования ДНК, либо во время её репарации — „починки“ ДНК из-за разрыва или других нарушений. Система репарации тоже может ошибиться. Разные системы репликации и репарации делают разные ошибки, и они зависят от контекста. Обычно изучают три нуклеотида: тот, в котором произошла мутация, и два по правую и левую сторону от него. Типичный набор мутаций вместе с контекстами, характерными для данной системы, называется мутационной подписью. Например, у человека есть мутационные подписи воздействия ультрафиолета и курения, характерные для определённых раков», — рассказывает руководитель исследования, профессор Михаил Гельфанд — директор Центра молекулярной и клеточной биологии в Сколтехе.

Коллектив учёных впервые изучил мутационный профиль кишечной палочки — сумму мутационных подписей систем репликации и репарации. Задачу опробовали на старшеклассниках Летней школы молекулярной и теоретической биологии, и там же наладили контакт с индийскими коллегами.

«У наших партнёров из Индии были данные по кишечным палочкам, у которых нарушены системы репликации и репарации. Из них мы смогли извлечь чистые мутационные подписи, характерные для разных систем, а потом разложили мутационные профили кишечных палочек по подписям и поняли, какие системы вносят больший вклад в мутации», — продолжил Михаил Гельфанд.

Учёные также использовали данные эксперимента по длительной эволюции кишечной палочки. Это большое лабораторное исследование под руководством Ричарда Ленски, которое продолжается уже более 30 лет. Профиль мутаций лабораторных штаммов сравнили с профилем штаммов природных.

«Мы обнаружили, что эти профили схожи. Этот результат не вполне ожидаемый, ведь лабораторный штамм живёт не в таких условиях, как природный. Кроме того, он опровергает представление о том, что эволюция кишечной палочки в естественной среде включает чередующиеся эпизоды обычной медленной эволюции и более короткие эпизоды ускоренной эволюции в гипермутабельном режиме. Наоборот, при эволюции природных штаммов кишечной палочки вклад атипичных мутационных режимов в общее накопление мутаций незначителен», — подытожил Михаил Гельфанд.