費氏弧菌發(fā)光桿菌基因指導身細胞，優(yōu)化它們在身體內(nèi)的功能。基因的微小變化（即突變）可能產(chǎn)生重大后果。類似于計算機編碼中的故障，基因編碼中的故障可能導致細胞系統(tǒng)的混亂。但不是所有的突變都是壞的，適應性進化過程會選擇型保留那些在酵母菌種群和癌癥中促進細胞快速、甚至不加控制的生長的突變。
理解酵母適應的動力學可以幫助人們理解其他系統(tǒng)，如癌癥中的基因突變動力學的了解。
隨著癌細胞一代代地復制，許多突變被傳遞給后代。其中一些只是“搭便車” 的，基本無害，其他是“驅(qū)動型”突變，要為癌癥的生長負責。
這種驅(qū)動型突變可能是癌癥zui大的優(yōu)勢，但也可能是其致命弱點：通過對驅(qū)動癌癥生長的突變進行靶向治療可以抑制癌癥的生長。
精密醫(yī)學就提出使用基因組測序來鑒定負責驅(qū)動患者癌細胞的突變，然后抑制其表達。但是為了實現(xiàn)這一點，必須能夠鑒別導致癌癥突變，但這個過程困難得近乎大海撈針。
一個可能的解決方案是：去找更小的海。
利哈伊大學生物科學助理教授 Gregory Lang 及其團隊正在探索基因組如何使用酵母實驗室進行數(shù)千年的發(fā)展，酵母的基因組數(shù)量是人類的千分之一。他們的就是烘焙和釀造啤酒中使用的那種酵母。酵母費氏弧菌發(fā)光桿菌可迅速生長和復制，已經(jīng)成為研究無性種群適應性進化的良好的模式系統(tǒng)。
“酵母每 90 分鐘就可以繁殖一代，24 小時內(nèi)可以繁殖十幾代，” Lang 說。 “與人類癌細胞不同，我們可以在實驗室中培養(yǎng)數(shù)百個相同的酵母菌種群，然后將其培育數(shù)千代。
Lang 和他的同事們zui近采用了這樣一個大規(guī)模的方法來量化來自 11 個實驗進化的酵母菌群的 116 個突變的增長的影響。他們發(fā)現(xiàn)成功的突變只有 20%是驅(qū)動型的; 其余的都是搭便車的。他們的結(jié)果已經(jīng)在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發(fā)表，他稱：“搭便車和上位點引起隊伍動態(tài)適應人群”，由 Sean W. Buskirk 和 Ryan Emily Peave 共同撰寫。
“如果你想得到一個促進生長的重要的突變譜圖，那就需要對個體突變進行全面的研究。要再人類基因上進行非常困難。”Lang 說。 “在我們用酵母的實驗中，我們能夠”洗牌“來隔離數(shù)千個孢子，所有這些孢子都來自同一個祖先，每個孢子都有隨機組合的進化突變，這種大規(guī)模的方法使我們能夠測量每種突變帶來的適合度改變，我們可以量化某些突變或突變的組合對生長的重要程度。“
用“洗牌”了解基因突變
一旦 Lang 和同事對酵母基因進行了洗牌，他們就用全基因組測序來推斷哪些突變或突變的組合推動了生長。
“搭便車的那些基因突變的頻率不會增加，驅(qū)動者則會以適合度增加的成正比的速度增加。”
Lang 的方法可以測量所有突變的影響，從而能夠識別更加微妙的動態(tài)變化。
通過直接測量 1,000 代單株酵母菌株中所有突變的適應性影響，研究人員能夠明確地鑒定和定量出影響適合度的驅(qū)動型突變。
“我們的結(jié)果與以前基于重復出現(xiàn)的方法進行了比較，我們發(fā)現(xiàn)此前遺漏了一些“弱”或小的效應，以及那些罕見突變，”Lang 說。
盡管酵母基因已經(jīng)被廣泛研究過，但此前人們沒有研究過基因間的相互作用。
該小組找到一個突變組，其中突變組合帶來的適合度增加大于全體基因突變的效應的總和。 換句話說，傳遞下來的兩個突變的交互作用對生長產(chǎn)生了積極的影響，而當突變單獨出現(xiàn)，則沒有顯著的效果。
Lang 認為和他們在酵母費氏弧菌發(fā)光桿菌中發(fā)現(xiàn)一模一樣的突變不太可能出現(xiàn)在癌癥中。然而理解酵母適應的動力學可以幫助人們對其他系統(tǒng)，如癌癥中的基因突變動力學的了解。
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