Более эффективный метод определения того, как развиваются гены, был разработан международной командой, в которую входит Йенс Лагергрен, профессор компьютерных наук и вычислительной биологии в KTH.По словам Лагергрена, новая модель и метод предлагают способ понять историю гена. Но в долгосрочной перспективе исследования потенциально могут привести к лучшему пониманию эволюции видов и обеспечить основу для борьбы с устойчивостью к антибиотикам.Эволюцию вида во многих случаях можно изобразить деревом.
То же самое можно сказать и об описании эволюции семейств генов, то есть близкородственных генов, которые имеют схожие функции по отношению к видам, у которых они обнаружены.Информация, переносимая генами в одном семействе генов, может быть изменена мутациями отдельных позиций ДНК, а также крупными событиями, такими как потеря или дупликация целых генов.
Последние дают начало совершенно новым генам в генной семье. У бактерий гены часто передаются между особями одного и того же вида. Они также прыгают от одного вида к другому, и именно так устойчивость к антибиотикам распространяется между разными бактериальными штаммами.
«Изучение того, как в ходе эволюции возникли разные генные семейства, важно для понимания того, как разные гены связаны друг с другом», — говорит Лагергрен.«Там, где на генном дереве есть ветка, у гена есть новая функция», — говорит он.Лагрегрен работал с коллегами из KTH и Лаборатории науки для жизни (SciLifeLab) над разработкой вероятностных моделей, которые дают более подробную картину того, как дерево генов выросло в ходе эволюции и когда гены в конечном итоге перешли от одного вида к другому в дереве видов.Основывая свои методы на математических моделях и байесовском анализе, исследователям удалось создать инструменты для биологов, которые заинтересованы в прыгающих генах и чертах, которые они несут с собой.
«Байесовский анализ позволяет начать с наблюдения, которое было сделано в действительности, и увидеть, какая модель наиболее вероятна с учетом этого наблюдения», — говорит Лагрегрен. «Это слишком трудоемко, чтобы делать это вручную, но это возможно с помощью компьютеров».Он применил модель к двум наборам видов бактерий и обнаружил, что новый метод работает намного лучше, чем традиционные нестатистические методы.«Сейчас это чистое, фундаментальное исследование, чтобы понять историю генов», — говорит он. «В конечном итоге, однако, эти модели могут быть использованы для более глубокого понимания того, как разные виды эволюционировали и связаны друг с другом не только посредством прямого наследования, но и посредством передачи генов».
Этот метод и модель можно использовать для того, чтобы увидеть родство между видами более ясно, чем раньше.И, добавляет Лагрегрен, однажды этот метод может стать основой для борьбы с устойчивостью к антибиотикам.
«Метод описывает алгоритм и соответствующее программное обеспечение, которое будет важным инструментом для исследователей, работающих с бактериями и генами, которые они передают латерально, например, для устойчивости к антибиотикам», — говорит он.