新基因无中生有

进化生物学中的一个关键问题是新基因是如何产生和发展的。瑞典研究人员现在展示了如何从随机DNA序列中选择有利于细菌的新基因和功能。结果发表在科学期刊mBio上。

新基因和功能蛋白如何产生和发展?这是进化生物学中最基本的问题之一。已经提出了两种不同类型的机制：(1)具有新功能的新基因来自现有基因，和(2)新基因和蛋白质从随机DNA序列进化而与现有基因和蛋白质没有相似性。在本研究中，研究人员探索了后一种机制：来自随机DNA序列的新基因和蛋白质的进化 - 称为de novo evolution。很容易理解，当一个基因已经存在时，它可以被修改并获得一个新的功能。但是，“没有”如何变成一种能够提供自然选择所青睐的小优势的功能呢?

该实验的原料是一个包含大约5亿随机基因序列的大型文库，从中鉴定出具有生物学功能的肽序列。在该实验中，将随机基因序列置于质粒上并过表达。科学家们随后调查了他们是否可以给细菌一种特定的特定属性。例如，他们是否能够赋予细菌抗生素抗性?他们发现了几种短肽(22-25个氨基酸长)可以使细菌对氨基糖苷类具有高度抗性，氨基糖苷类是一种用于严重感染的重要抗生素。

“当项目开始时，我们的期望很低。当我们发现肽能够将抗性水平提高48倍时，我们感到惊讶，”该研究的主要作者Michael Knopp博士说。

通过遗传和功能实验的结合，科学家们能够证明这些肽通过将自身附着在细菌细胞膜上并影响膜上的质子电位而产生抗性。质子电位的破坏导致抗生素摄取减少，使细菌产生抗性。

“这项研究很重要，因为它表明完全随机的氨基酸序列可以产生新的有利功能，并且这种从头进化的过程可以在实验室中通过实验进行研究，”医学教授Dan I. Andersson说。细菌学，主要负责该研究。

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