Förlust av gener kan öka bakteriers tillväxthastighet

Många bakterier har dynamiska kromosomer där gener kan adderas eller förloras beroende på bakteriernas levnadsbetingelser och ekologi. Nya oväntade resultat från forskare vid Uppsala universitet tyder på att förlust av vissa typer av gener kan öka bakteriernas konkurrenskraft och överlevnadsförmåga. Resultaten har nyligen publicerats i den välrenommerade tidskriften PLoS Genetics.

Många bakterier har små kromosomer som man tror har utvecklats från bakterier med stora kromosomer på grund av att gener förlorats genom deletioner. En deletion är en mutation (förändring i arvsmassan) som leder till att en bit av kromosomen förloras. Till exempel så har många endosymbionter och intracellulära sjukdomsframkallande bakterier (till exempel Rickettsia och Mycoplasma) små kromosomer men även vissa frilevande havsbakterier (till exempel Vibrio) har tappat delar av sin kromosom. Eftersom de flesta gendeletioner har negativa effekter på bakteriens överlevnadsförmåga så har man tidigare trott att många gener tappas på grund av chanshändelser - så kallad genetisk drift. De nya resultaten som nu publiceras tyder dock på att förlust av vissa gener kan ha en positiv effekt på Salmonellabakteriens tillväxtförmåga och att de därför är positivt selekterade.

- Genom att konstruera en speciell transposon, en kort DNA-sekvens som kan flytta sig från ett ställe till annat i kromosomen, så kunde vi mäta hur ofta deletioner sker på olika platser i kromosomen, hur stora deletionerna är och vilken effekt de har på bakteriernas tillväxt, berättar Dan Andersson, professor i medicinsk bakteriologi vid Uppsala universitet och huvudansvarig för studien.

Mycket överraskande såg forskarna att många deletioner ökade bakteriernas tillväxt med upp till 5-6 procent under både fattiga och rika tillväxtbetingelser.

- De här resultaten visar att kromosomer mycket snabbt kan krympa i storlek på grund av att genförlust ökar bakteriernas konkurrenskraft. Matematisk modellering av förlustprocessen visar att det krävs endast några 1000 generationers tillväxt för att en bakterie som tappat vissa gener ska kunna konkurrera ut en bakterie med ett komplett genset, säger Dan Andersson.

Resultaten ger nya ledtrådar om vilka grundläggande evolutionära drivkrafter och processer som bestämmer hur stor en bakteries kromosom är och vilka gener den innehåller.

Forskningen har finansierats av Vetenskapsrådet.

För information om denna forskning vid Uppsala universitet kontakta Dan Andersson, e-post: Dan.Andersson@imbim.uu.se, telefon: 070-1679077.

Koskiniemi S, Sun S, Berg OG, Andersson DI (2012) Selection-Driven Gene Loss in Bacteria. PLoS Genet 8(6): e1002787. doi:10.1371/journal.pgen.1002787