Experimento de evolução de longo prazo de E. coli - E. coli long-term evolution experiment

As 12 populações de E. coli LTEE em 25 de junho de 2008.

O experimento de evolução de longo prazo de E. coli ( LTEE ) é um estudo em andamento na evolução experimental liderado por Richard Lenski que tem rastreado mudanças genéticas em 12 populações inicialmente idênticas de bactérias Escherichia coli assexuadas desde 24 de fevereiro de 1988. As populações alcançaram o marco de 50.000 gerações em fevereiro de 2010. Lenski realizou a 10.000ª transferência do experimento em 13 de março de 2017. As populações atingiram 73.500 gerações no início de 2020, pouco antes de serem congeladas por causa da pandemia COVID-19. Em setembro de 2020, o experimento LTEE foi retomado usando os estoques congelados.

Ao longo do experimento, Lenski e seus colegas relataram uma ampla gama de mudanças fenotípicas e genotípicas nas populações em evolução. Estes incluíram mudanças que ocorreram em todas as 12 populações e outras que apareceram apenas em uma ou algumas populações. Por exemplo, todas as 12 populações mostraram um padrão semelhante de melhoria rápida na aptidão que desacelerou com o tempo, taxas de crescimento mais rápidas e aumento do tamanho das células. Metade das populações desenvolveram defeitos no reparo do DNA que causaram fenótipos mutadores marcados por elevadas taxas de mutação. A adaptação mais notável relatada até agora é a evolução do crescimento aeróbio em citrato, que é incomum em E. coli , em uma população em algum ponto entre as gerações 31.000 e 31.500.

Em 4 de maio de 2020, Lenski anunciou uma renovação de 5 anos da concessão por meio do Programa de Pesquisa de Longo Prazo em Biologia Ambiental (LTREB) da National Science Foundation, que apóia o LTEE. Ele também anunciou que o experimento seria transferido para a supervisão do Dr. Jeffrey E. Barrick, um professor associado de Biociências Moleculares da Universidade do Texas em Austin, nos próximos 5 anos.

Abordagem experimental

O experimento de evolução de longo prazo foi projetado como um meio aberto de exame empírico das características centrais da evolução . O experimento foi iniciado com três objetivos principais:

  1. Para examinar a dinâmica da evolução, incluindo a taxa de mudança evolutiva.
  2. Para examinar a repetibilidade da evolução.
  3. Para entender melhor a relação entre mudança nos níveis fenotípico e genotípico .

À medida que o experimento continuou, seu escopo cresceu à medida que novas questões na biologia evolutiva surgiram que podem ser usadas para abordar, como a evolução das populações apresentou novos fenômenos para estudar, e à medida que a tecnologia e as técnicas metodológicas avançaram.

O uso de E. coli como organismo experimental permitiu que muitas gerações e grandes populações fossem estudadas em um período de tempo relativamente curto. Além disso, devido ao longo uso de E. coli como um organismo modelo principal em biologia molecular , uma ampla gama de ferramentas, protocolos e procedimentos estavam disponíveis para estudar mudanças nos níveis genético, fenotípico e fisiológico. A bactéria também pode ser congelada e preservada enquanto permanece viável. Isso permitiu a criação do que Lenski descreve como um "registro fóssil congelado" de amostras de populações em evolução que podem ser revividas a qualquer momento. Este registro fóssil congelado permite que as populações sejam reiniciadas em casos de contaminação ou outra interrupção no experimento, e permite o isolamento e comparação de exemplares vivos de clones ancestrais e evoluídos. Lenski escolheu uma cepa de E. coli que se reproduz apenas assexuadamente , sem nenhum plasmídeo que pudesse permitir a conjugação bacteriana e sem profago viável . Como consequência, a evolução no experimento ocorre apenas pelos processos evolutivos centrais de mutação , deriva genética e seleção natural . Essa assexualidade estrita também significa que os marcadores genéticos persistem em linhagens e clados de descendência comum , mas não podem se espalhar de outra forma nas populações.

Lenski optou por realizar o experimento com a bactéria cultivada em um meio mínimo de glicose limitado denominado DM25, que foi inicialmente desenvolvido por Bernard Davis para uso no isolamento de mutantes auxotróficos de E. coli usando a penicilina como agente seletivo. O DM25 é complementado com uma baixa concentração de glicose. Lenski escolheu esta concentração para simplificar a análise da evolução das populações, reduzindo a interferência clonal , na qual várias versões de alelos estão competindo em uma população em evolução, enquanto também reduz a possibilidade de evolução de interações ecológicas. Esta concentração de glicose usada suporta uma população máxima de 500 milhões de células do ancestral em uma cultura de 10 mL, embora o máximo agora varie entre as populações evoluídas. O DM25 também contém uma grande quantidade de citrato (cerca de 11 vezes a concentração de glicose), que foi originalmente incluído por Davis porque melhorou a eficiência de eliminação da penicilina durante seus experimentos, embora agora seja conhecido por ajudar na aquisição de E. coli de ferro do meio.

Métodos

As 12 populações são mantidas em uma incubadora de 37 ° C (99 ° F) no laboratório de Lenski na Michigan State University . Cada dia, 1% de cada população é transferido para um frasco de meio de crescimento DM25 fresco. A diluição significa que cada população experimenta 6,64 gerações, ou duplicações, a cada dia. Amostras grandes e representativas de cada população são congeladas com glicerol como crioprotetor em intervalos de 500 gerações (75 dias). As bactérias nessas amostras permanecem viáveis ​​e podem ser revividas a qualquer momento. Essa coleção de amostras é conhecida como "registro fóssil congelado" e fornece um histórico da evolução de cada população ao longo de todo o experimento. As populações também são regularmente rastreadas para mudanças na aptidão média , e experimentos suplementares são regularmente realizados para estudar desenvolvimentos interessantes nas populações. Em abril de 2016, as populações de E. coli estão em estudo há mais de 64.500 gerações e acredita-se que tenham sofrido mutações espontâneas o suficiente para que todas as mutações pontuais possíveis no genoma de E. coli ocorram várias vezes.

Linhagem fundadora

A cepa de E. coli Lenski escolhida para usar no experimento de evolução de longo prazo foi derivada da "cepa Bc251", conforme descrito em um artigo de 1966 de Seymour Lederberg, via Bruce Levin, que a usou em um experimento de ecologia bacteriana em 1972 As características genéticas definidoras desta cepa foram: T6 r , Str r , r - m - , Ara - (incapaz de crescer em arabinose ). Lenski designou a linhagem fundadora original como REL606. Antes do início do experimento, Lenski isolou uma variante Ara + da cepa na qual uma mutação pontual no operon ara restaurou o crescimento em arabinose, que ele designou como cepa REL607. Ao iniciar o experimento de evolução de longo prazo, Lenski fundou seis populações com seis Ara - colônias individuais de REL606. Essas populações são chamadas de Ara-1 a Ara-6. Lenski também fundou mais seis populações de seis colônias Ara + individuais de REL607. Estes são referidos como populações Ara + 1 a Ara + 6. As diferenças de marcadores permitem que as cepas sejam diferenciadas em placas de Tetrazolium arabinose, nas quais as colônias de Ara - aparecem em vermelho, enquanto as colônias de Ara + aparecem de branco a rosa. Ao longo do experimento, cada população acumulou um grande número de mutações distintas, que permitem outros meios de identificar cepas por sua população de origem.

Resultados

Mudanças no condicionamento físico

Linha do tempo do experimento de evolução de longo prazo de E. coli , mostrando a relação entre anos e gerações de evolução, bem como eventos e descobertas significativas.

Muitas análises do experimento trataram de como a aptidão das populações em relação à sua linhagem ancestral mudou. Todas as populações mostraram um padrão de aumento rápido na aptidão relativa durante as primeiras gerações, com esse aumento desacelerando ao longo do tempo. Por 20.000 gerações, as populações cresceram aproximadamente 70% mais rápido do que a linhagem ancestral. Este aumento e desaceleração no aumento continuou nas gerações subsequentes. Um estudo de 2013 por Wiser et al. relatou melhoria contínua em 50.000 gerações em relação às amostras isoladas em 40.000 gerações. Eles descobriram que o aumento de aptidão se ajusta a um modelo de lei de potência muito melhor do que os modelos hiperbólicos que foram usados ​​anteriormente. Como um modelo de lei de potência descreve um aumento cada vez mais lento que não tem limite superior, enquanto um modelo hiperbólico implica um limite rígido, o trabalho sugeriu que o aumento continuaria sem limites, pois mutações de benefício progressivamente mais baixas foram fixadas nas populações. Outros trabalhos publicados em 2015 relataram os resultados de mais de 1100 novos ensaios de aptidão que examinaram mudanças de aptidão ao longo de 60.000 gerações. Os dados mais uma vez se encaixam no modelo de lei de potência proposto e, de fato, se encaixam nas previsões do modelo de dados anteriores. Esses resultados sugerem que, ao contrário do pensamento anterior, a adaptação e a divergência adaptativa podem aumentar indefinidamente, mesmo em um ambiente constante.

Evolução do genoma

Das 12 populações, até agora foi relatado que seis desenvolveram defeitos em sua capacidade de reparar o DNA , aumentando muito a taxa de mutação nessas cepas. Embora se pense que as bactérias em cada população geraram centenas de milhões de mutações ao longo das primeiras 20.000 gerações, Lenski estimou que, dentro deste período de tempo, apenas 10 a 20 mutações benéficas alcançaram a fixação em cada população, com menos de 100 mutações pontuais no total (incluindo mutações neutras ) atingindo a fixação em cada população. Em 2009, Barrick et al. relataram os resultados das sequências do genoma de vários pontos no tempo na população Ara-1. Eles descobriram que, ao contrário da taxa decrescente de melhoria da aptidão, o acúmulo de mutações era linear e semelhante a um relógio, embora várias linhas de evidência sugerissem que muito do acúmulo foi benéfico, em vez de neutro.

Evolução do aumento do tamanho da célula em todas as doze populações

Crescimento no tamanho das células das bactérias no experimento Lenski

Todas as doze populações experimentais mostram um aumento no tamanho das células concomitante com um declínio na densidade populacional máxima e, em muitas das populações, uma forma celular mais arredondada. Essa mudança foi em parte resultado de uma mutação que alterou a expressão de um gene para uma proteína de ligação à penicilina , o que permitiu que a bactéria mutante superasse as bactérias ancestrais sob as condições do experimento de evolução de longo prazo. No entanto, embora essa mutação tenha aumentado a aptidão sob essas condições, ela também aumentou a sensibilidade da bactéria ao estresse osmótico e diminuiu sua capacidade de sobreviver por longos períodos em culturas em fase estacionária.

Especialização ecológica

Ao longo do experimento, as populações evoluíram para se especializar no recurso de glicose em que crescem. Isso foi descrito pela primeira vez em 2000, quando Cooper e Lenski demonstraram que todas as populações haviam experimentado decadência de funções metabólicas não utilizadas após 20.000 gerações, restringindo a gama de substâncias nas quais a bactéria poderia crescer. A análise deles sugeriu que esse declínio foi devido à pleiotropia antagônica , na qual mutações que melhoraram a capacidade de crescer com glicose reduziram ou eliminaram a capacidade de crescer com outras substâncias. Um estudo posterior de Leiby e Marx que usou técnicas mais avançadas mostrou que grande parte da deterioração que Cooper e Lenski identificaram eram artefatos experimentais, que a perda de funções não utilizadas não era tão extensa quanto se pensava inicialmente e que algumas funções não utilizadas haviam melhorado. Além disso, eles concluíram que as perdas metabólicas não eram devidas à pleiotropia antagônica, mas ao acúmulo neutro de mutações em porções não utilizadas do genoma, sugerindo que a adaptação a um ambiente simples pode não necessariamente levar à especialização.

Evolução do polimorfismo balanceado e ecossistemas simples

Duas variantes distintas, S e L, foram identificadas na população designada Ara-2 em 18.000 gerações com base na formação de pequenas e grandes colônias, respectivamente. Os clones dos tipos S e L podem coexistir de forma estável em co-cultura uns com os outros, indicando que ocuparam nichos distintos na população. Isso foi verificado pela constatação de que o tipo L teve vantagem durante o crescimento com glicose, mas que S teve vantagem durante a fase estacionária, após o esgotamento da glicose. Descobriu-se que os dois tipos evoluíram inicialmente antes de 6.000 gerações e coexistiram depois disso. A análise filogenética de clones dos dois tipos isolados de gerações diferentes demonstrou que os tipos S e L pertenciam a linhagens distintas e coexistentes na população, e podem estar passando por especiação incipiente.

Evolução do uso de citrato aeróbio em uma população

Fundo

A população designada Ara-3 (centro) é mais turva porque essa população evoluiu para usar o citrato presente no meio de crescimento.

A E. coli normalmente é incapaz de crescer aerobicamente com citrato devido à incapacidade de expressar um transportador de citrato quando o oxigênio está presente. No entanto, a E. coli tem um ciclo completo do ácido cítrico e, portanto, metaboliza o citrato como um intermediário durante o crescimento aeróbio de outras substâncias, incluindo a glicose. A maioria das E. coli pode crescer anaerobicamente em citrato por fermentação , se um co-substrato como a glicose estiver disponível para fornecer poder redutor. O crescimento anaeróbio é possível devido à expressão de um gene antiportador de citrato-succinato transmembrana, citT , que foi identificado pela primeira vez em 1998. Este gene é co-regulado com outros genes envolvidos na fermentação de citrato encontrados no operon cit , que é ativado somente quando o oxigênio está ausente.

A incapacidade de crescer aerobicamente em citrato, referido como Cit - fenótipo, é considerada uma característica definidora de E. coli como espécie e tem sido um meio valioso de diferenciar E. coli de Salmonella patogênica . Embora as cepas Cit + de E. coli tenham sido isoladas de amostras ambientais e agrícolas, em todos esses casos, a característica foi encontrada para ser devido à presença de um plasmídeo que carrega um transportador de citrato estranho. Um único mutante Cit + espontâneo de E. coli foi relatado por Hall em 1982. Este mutante foi isolado durante uma seleção prolongada para crescimento em outra substância nova em um caldo de crescimento que também continha citrato. A análise genética de Hall indicou que a mutação subjacente era complexa, mas ele acabou sendo incapaz de identificar as mudanças precisas ou genes envolvidos, levando-o a hipotetizar a ativação de um gene transportador críptico. As regiões do genoma para as quais Hall foi capaz de restringir as localizações das mudanças não correspondem à localização conhecida do gene citT identificado 16 anos depois, nem as características fisiológicas em ensaios de transporte de mutantes Cit + de Hall correspondem às esperadas para expressão aeróbia do transportador CitT.

Cit + evolui no LTEE

Em 2008, a equipe de Lenski, liderada por Zachary D. Blount , relatou que a capacidade de crescer aerobicamente com citrato havia evoluído em uma população. Por volta da geração 33.127, um aumento dramático na turbidez foi observado na população designada Ara-3. Eles descobriram que a população continha clones que eram capazes de crescer aerobicamente em citrato (Cit + ). Essa capacidade metabólica permitiu que a população crescesse várias vezes maior do que anteriormente, devido à grande quantidade de citrato presente no meio. O exame de amostras fósseis congeladas das populações mostrou que os clones de Cit + podiam ser isolados já em 31.500 gerações. Descobriu-se que as variantes Cit + na população possuem vários marcadores genéticos exclusivos da população Ara-3; esta observação excluiu a possibilidade de que os clones fossem contaminantes, em vez de mutantes espontâneos. Em uma série de experimentos que "repassaram" a fita da evolução de Ara-3 de Cit - clones isolados de amostras congeladas em vários pontos da história da população, eles demonstraram que a capacidade de crescer aerobicamente em citrato tinha mais probabilidade de evoluir novamente em um subconjunto de clones evoluídos geneticamente puros. Nesses experimentos, eles observaram 19 instâncias novas e independentes de reevolução de Cit + , mas apenas quando partindo de clones isolados após a geração 20.000. Os testes de flutuação mostraram que os clones desta geração e posteriormente exibiram uma taxa de mutação para o traço Cit + que era significativamente maior do que a taxa ancestral. Mesmo nesses clones posteriores, a taxa de mutação para Cit + era da ordem de uma ocorrência por trilhão de divisões celulares.

Lenski e seus colegas concluíram que a evolução da função Cit + nesta população surgiu devido a uma ou mais mutações "potenciadoras" anteriores, possivelmente não adaptativas, que aumentaram a taxa de mutação para um nível acessível. Os dados sugeriram que o uso de citrato envolveu pelo menos duas mutações subsequentes a essas mutações "potencializadoras". De maneira mais geral, os autores sugerem que esses resultados indicam, seguindo o argumento de Stephen Jay Gould , "que a contingência histórica pode ter um impacto profundo e duradouro" no curso da evolução. Essas descobertas passaram a ser consideradas um exemplo significativo do impacto da contingência histórica na evolução.

Análise genômica do traço Cit + e implicações para a inovação evolutiva

O traço Cit + foi atualizado por uma mutação de duplicação que criou um novo módulo regulatório, colocando uma cópia do gene citT que codifica um antiporter citrato-succinato sob o controle de um promotor que suporta a expressão em condições aeróbias. Esta mutação resulta no transportador CitT sendo expresso quando o oxigênio está presente, permitindo o crescimento em citrato.

Em 2012, Lenski e sua equipe relataram os resultados de uma análise genômica do traço Cit + que lançou luz sobre a base genética e a história evolutiva do traço. Os pesquisadores sequenciaram os genomas inteiros de 29 clones isolados de vários pontos do tempo na história da população de Ara-3. Eles usaram essas sequências para reconstruir a história filogenética da população; esta reconstrução mostrou que a população havia se diversificado em três clados por 20.000 gerações. As variantes do Cit + evoluíram em um deles, que eles chamaram de Clade 3. Os clones que foram potencializados em pesquisas anteriores foram distribuídos entre os três clados, mas estavam super-representados no Clade 3. Isso levou os pesquisadores a concluírem que houve pelo menos duas mutações potencializadoras envolvidas na evolução do Cit + .

Os pesquisadores também descobriram que todos os clones Cit + tinham mutações nas quais um segmento de DNA de 2933 pares de bases foi duplicado ou amplificado. O segmento duplicado continha o gene citT para a proteína transportadora de citrato usada no crescimento anaeróbio em citrato. A duplicação é tandem e resultou em cópias que estavam lado a lado umas com as outras. Essa nova configuração colocou uma cópia do citT , anteriormente silencioso e não expresso, sob o controle do promotor do gene rnk adjacente , que direciona a expressão quando o oxigênio está presente. Este novo módulo rnk-citT produziu um novo padrão regulatório para citT , ativando a expressão do transportador de citrato quando o oxigênio estava presente e, assim, permitindo o crescimento aeróbio em citrato.

O movimento deste módulo rnk-citT no genoma de um Cit - clone potenciado mostrou ser suficiente para produzir um fenótipo Cit + . No entanto, o fenótipo Cit + inicial conferido pela duplicação era muito fraco e concedia apenas um benefício de aptidão de ~ 1%. Os pesquisadores descobriram que o número de cópias do módulo rnk-citT teve que ser aumentado para fortalecer o traço Cit + o suficiente para permitir que as bactérias cresçam bem no citrato. Outras mutações depois que a bactéria Cit + se tornou dominante na população continuaram a acumular um crescimento melhorado no citrato.

Os pesquisadores concluíram que a evolução do traço Cit + ocorreu em três fases distintas: (1) mutações acumuladas que aumentaram a taxa de mutação para Cit + , (2) o próprio traço apareceu de forma fraca e (3) o traço foi melhorado por mutações posteriores. Blount et al. sugeriu que esse padrão pode ser típico de como novos traços em geral evoluem e propôs um modelo de três etapas de inovação evolutiva:

  1. Potenciação : um fundo genético evolui no qual um traço é mutacionalmente acessível, tornando a evolução do traço possível.
  2. Atualização : ocorre uma mutação que produz o traço, tornando-o manifesto, embora provavelmente em uma forma fraca.
  3. Refinamento : Uma vez que o traço existe, se ele fornece benefício seletivo, mutações irão se acumular para melhorar o traço, tornando-o eficaz. Esta fase é ilimitada e continuará enquanto surgirem mutações refinadoras e a característica permanecer benéfica.

Este modelo teve aceitação na biologia evolutiva. Em 2015, o paleontólogo Douglas Erwin sugeriu uma modificação em um modelo de quatro etapas para refletir melhor uma possível distinção entre novidade evolutiva e inovação evolutiva, e para destacar a importância das condições ambientais: potenciação, geração de novos fenótipos (atualização), refinamento adaptativo e exploração (conversão de uma novidade em inovação à medida que se torna importante para o estabelecimento ecológico dos organismos possuidores).

Investigação de potencialização

Em 2014, uma equipe de pesquisa liderada por Eric Quandt no laboratório de Jeffrey Barrick na Universidade do Texas em Austin descreveu a aplicação de uma nova técnica chamada Recursive Genomewide Recombination and Sequencing (REGRES) para identificar mutações potencializadoras entre as 70 presentes no Ara -3 linhagem que evoluiu Cit + . Este método usou várias rodadas de um processo no qual a conjugação baseada no plasmídeo F entre um clone Cit + de 33.000 gerações , CZB154, e o Cit - clone fundador do LTEE para eliminar mutações não necessárias para qualquer manifestação de uma forma fraca ou forte do Cit + traço, ao qual se referem como Cit ++ . Eles descobriram que o módulo rnk-citT responsável pela mudança fenotípica para Cit + foi suficiente para produzir um fenótipo Cit + fraco no ancestral. Eles também identificaram uma mutação que ocorreu na linhagem que leva a CZB154 após a evolução inicial de Cit + que conferiu um forte fenótipo Cit ++ no ancestral sem qualquer mutação, exceto o módulo rnk-citT . Essa mutação, encontrada na região regulatória de um gene denominado dctA , causou um aumento maciço na expressão do transportador DctA , que funciona para importar C 4 -dicarboxilatos para a célula. Este aumento da expressão de DctA, eles descobriram, permitiu que as células Cit + recaptassem o succinato , malato e fumarato liberados no meio pelo transportador CitT durante a importação de citrato. Eles identificaram uma mutação semelhante em clones Cit ++ na população Ara-3 que aumentou a expressão de DctA ao restaurar a função de um gene que o regula, dcuS , que havia sido desativado no clone ancestral. Quandt et al. concluíram que a mutação dctA não estava envolvida na potenciação, mas no refinamento. Isso os levou a sugerir que a evolução de Cit + na população Ara-3 pode ter sido dependente de um fundo genético e ecologia específica da população que permitiu que as variantes iniciais e fracas de Cit + persistissem na população por tempo suficiente para o surgimento de mutações de refinamento. e tornar o crescimento em citrato forte o suficiente para fornecer um benefício de adequação significativo.

Quandt e seus colegas publicaram posteriormente descobertas que identificaram definitivamente uma mutação que potencializou a evolução de Cit + . Essa mutação estava no gene gltA , que codifica a citrato sintase , uma enzima envolvida no fluxo de carbono para o ciclo do ácido cítrico . Ele teve o efeito de aumentar a atividade da citrato sintase, e eles mostraram que permitia um crescimento melhorado no acetato . Além disso, com a mutação gltA , o módulo rnk-citT que causa o traço Cit + tem um efeito de aptidão neutro a ligeiramente benéfico, enquanto, sem ele, o módulo era fortemente prejudicial. A mutação gltA, portanto, parece ter permitido que variantes precoces e fracas de Cit + persistissem na população até que mutações de refinamento posteriores pudessem ocorrer, de acordo com suas conclusões anteriores. Após a evolução de um fenótipo Cit ++ forte , a atividade aumentada da citrato sintase tornou-se prejudicial. Os pesquisadores descobriram que as mutações posteriores no gltA neutralizaram a primeira mutação, reduzindo a atividade da citrato sintase e melhorando ainda mais o crescimento do citrato. Eles concluíram que a série de mutações em gltA primeiro potencializou e, em seguida, refinou o crescimento em citrato. Eles também sugeriram que a linhagem na qual Cit + surgiu pode ter ocupado um nicho em Ara-3 com base no crescimento em acetato, e que as mutações potencializadoras que levaram à evolução de Cit + em Ara-3 eram originalmente adaptáveis ​​para uso de acetato.

Investigação da ecologia pós-Cit + e diversidade persistente

Uma pequena subpopulação de células Cit - incapaz de crescer em citrato e pertencendo a um clado separado persistiu na população depois que as células Cit + se tornaram dominantes. Os resultados iniciais mostraram que essa diversidade foi, em parte devido ao Cit - células sendo melhor em crescendo na glicose no meio. Turner et al. mais tarde descobriu que outro fator por trás da coexistência era que as células Cit - desenvolveram a capacidade de alimentação cruzada na maioria Cit + . Eles mostraram que as células Cit + liberam succinato , malato e fumarato durante o crescimento em citrato, à medida que o transportador CitT bombeia essas substâncias para fora da célula enquanto bombeia citrato para dentro da célula. Os Cit - células tinham evoluído rapidamente a capacidade de crescer em tais substâncias, devido a uma mutação que restaurou a expressão de uma proteína transportadora adequada que era silenciosa no ancestral.

O Cit - subpopulação finalmente foi extinto na população entre 43.500 e 44.000 gerações. Esta extinção demonstrou não ser devida à evolução da maioria Cit + para poder invadir o nicho ocupado pela Cit - minoria. Na verdade, os clones Cit - poderiam invadir as populações Cit + após o evento de extinção. Além disso, em um experimento no qual eles reiniciaram vinte réplicas da população Ara-3 da amostra congelada 500 gerações antes da extinção, Turner et al. descobriram que o Cit - subpopulação tinha extinto não se foi em qualquer uma das réplicas após 500 gerações de evolução. Uma dessas réplicas continuou por 2.500 gerações, durante as quais Cit - continuou a coexistir. Os pesquisadores concluíram que a extinção do Cit - foi devido a alguma "perturbação ambiental rara" desconhecida, semelhante à que pode impactar as populações naturais. A réplica final foi integrada ao experimento LTEE principal, tornando-se a décima terceira população, Ara-7.

Várias interpretações das descobertas

Outros pesquisadores fizeram experiências na evolução de citrato aeróbico utilizando E. coli . Dustin Van Hofwegen et al. foram capazes de isolar 46 mutantes independentes de E. coli que utilizam citrato em apenas 12 a 100 gerações, usando uma seleção altamente prolongada sob fome, durante a qual a bactéria coletaria amostras de mais mutações mais rapidamente. Na sua pesquisa, a sequenciação do ADN genómico revelou uma amplificação do Citt e DCTA loci, e o rearranjo de ADN eram da mesma classe de mutações identificadas na experiência por Richard Lenski e a sua equipa. Eles concluíram que a raridade do mutante que utiliza citrato na pesquisa de Lenski era provavelmente resultado das condições experimentais seletivas usadas por sua equipe, em vez de ser um evento de especiação evolucionária único.

John Roth e Sophie Maisnier-Patin revisaram as abordagens nas mutações retardadas da equipe de Lenski e nas mutações rápidas da equipe de Van Hofwegen em E. coli . Eles argumentam que ambas as equipes observaram a mesma sequência de potenciação, atualização e refinamento levando a variantes semelhantes de Cit + . De acordo com eles, o período de Lenski de menos de um dia durante o qual o uso de citrato estaria sob seleção, seguido por uma diluição de 100 vezes e um período de crescimento de glicose que não selecionaria para uso de citrato; no final das contas, diminuiu a probabilidade de E. coli ser capaz de acumular mutações adaptativas iniciais de um período de seleção para o próximo. Em contraste, a equipe de Van Hofwegen permitiu um período de seleção contínua de 7 dias, o que resultou em um desenvolvimento mais rápido de E. coli usando citrato . Roth e Maisnier-Patin sugerem que a diluição serial de E. coli e o curto período de seleção para uso de citrato nas condições do LTEE impediram perpetuamente cada geração de E. coli de alcançar os próximos estágios de utilização de citrato aeróbio.

Lenski argumenta que o problema não está nos experimentos ou nos dados, mas nas interpretações de Van Hofwegen et al. e Maisnier-Patin e Roth. De acordo com ele, a rápida evolução do Cit + não foi necessariamente inesperada, já que sua equipe também foi capaz de produzir vários mutantes Cit + em poucas semanas durante os experimentos de repetição. Ele argumenta que o LTEE não foi projetado para isolar mutantes que usam citrato ou para lidar com a especiação, que é um processo, não um evento. Além disso, ele argumentou que a evolução do Cit + no LTEE dependia de mutações que haviam se acumulado anteriormente.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos