Perimän mutaatiot ja geenien horisontaalinen siirtyminen bakteerikannalta toiselle edustavat evoluution mekanismeja, joita on tutkittu vuosikymmenten ajan. Tähän saakka geenien säätelytekijöiden muuntumisen evolutiivinen merkitys bakteeripopulaatioille on ollut tuntematon.
Tuoreessa tutkimuksessa osoitettiin, että bakteerien geenit voivat siirtyä nopeasti yhdestä säätelytavasta toiseen korvaamalla oman säätelytekijänsä jollakin täysin eri perimäkantaa edustavan geenin tekijällä.
Tämänkaltaiset muutokset ovat erittäin yleisiä lukuisissa bakteerisuvuissa, paljastui analysoimalla suuri määrä genomeja.
– Koska säätelytekijät voivat siirtyä horisontaalisesti kehityshaarasta toiseen ja yli lajirajojen, antaa tämä mekanismi bakteereille huomattavan evoluutiopotentiaalin sopeutua muuntuviin elinolosuhteisiin, sanoo Suomen Akatemian COIN-huippuyksikön professori Jukka Corander Helsingin yliopistosta.
Hän oli vastuussa genomien laskennallisista analyyseista yhteistyössä yhdysvaltalaisen MIT:n ja Tel Avivin yliopiston tutkijoiden kanssa.
Tutkimuksessa osoitettiin kokeellisesti virtsatietulehduksia yleisesti aiheuttavan Escherichia coli -bakteerin kannan avulla, että jopa yhden ainoan geenin säätelytekijän muutos ilman varsinaisen geenin muuntumista voi saada aikaan huomattavan edun stressitekijöitä sisältävissä elinolosuhteissa.
Ihmisen immuunipuolustusjärjestelmä altistaa sairauksia aiheuttavat bakteerit oksidatiiviselle stressille, joka tuhoaa bakteerien solut. Oksidatiivisessa stressissä solujen happitasapaino järkkyy, ja monet menestyksekkäät bakteerit ovat kehittäneet puolustusjärjestelmiä tätä vastaan.
Kokeessa matkittiin oksidatiivisen stressin vaikutusta ja verrattiin, miten eri säätelytekijöillä varustetut mutta muuten identtiset bakteerit kykenevät lisääntymään.
Toisenlaisessa koejärjestelyssä osoitettiin lisäksi, että bakteereilla on kyky poimia ympäristöstään vaihtoehtoisia säätelytekijöitä genominlaajuisesti. Tällä kyvyllä on merkittävää vaikutusta geenien ilmenemiseen, ja sitä kautta bakteerien mahdollisuuksiin sopeutua elinolosuhteiden muutoksiin.
Löydös avaa osaltaan uuden suunnan tarkastella ihmisen infektiosairauksia aiheuttavien bakteerien muuntumista vastineena antibioottien ja rokotteiden aiheuttamaan valintapaineeseen.
Tutkimus on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences–tiedelehdessä.
