En hård nød at knække
Det næste eksempel er det mest lovende eksempel jeg har set på at tilfældige mutationer kan skabe ny information. Til gengæld er det kompliceret. Fyld kaffekoppen op, sæt dig et roligt sted – og når du er igennem eksemplet, så er belønningen en langt dybere indsigt i biologiens verden. En enkelt punktmutation har svært ved at tilføre ny information, og i det eksempel vi nu skal se nærmere på, er der tale om en serie på tre mutationer som arbejder på samme egenskab. Det drejer sig om jordbakterier som ved en tripel-mutation har lært sig at leve af xylitol som er et kunstigt sødestof der ikke findes i naturen66 ! Det betyder altså at vi ikke kan lede efter et eksisterende gen som har været inaktivt, og som nu igen er blevet slået til ved fx en inversion. Normalt lever bakterierne af ribitol og D-arabitol som er sukkerstoffer. De har de enzymer og mekanismer der skal til, for at nedbryde og udnytte de to stoffer. Bakterierne blev i forsøget nægtet deres naturlige føde og blev i stedet for tilbudt xylitol. På figur 1.5 kan du se at det er næsten identisk med ribitol og D-arabitol, men kun næsten (Larabitol67 vender vi tilbage til senere i eksemplet). Xylitol er syntetisk, og bakterierne havde ingen forudsætninger for at nedbryde det. Der opstod imidlertid en mutant som kunne leve af xylitol, og den blev isoleret og opformeret. Den første mutant kalder vi X1. Det gik langsomt, for den kunne kun nedbryde xylitol med 1/9 af den hastighed hvormed den behandler sin normale føde. Vi bør nok lige bemærke at det at denne mutant opstår, ikke er ualmindeligt68 .
Figur 1.5. Skema der viser den kemiske opbygning af tre sukkerstoffer
Forsøget fortsatte med vores X1-mutant, og det viste sig at endnu en ny mutant opstod – X2. X2 havde en vækst som var 2,5 gange hurtigere end den var hos X1. X2 blev isoleret og opformeret ligesom det skete med X1. Inden for kort tid opstod den tredje mutation – X3, og den var dobbelt så hurtig som X2. De videre studier viste, at der i alle tilfælde var tale om udskiftning af en enkelt base. Det her ligner vitterligt de skridt vi leder efter for at kunne opfylde kriterierne for makroevolution, og det skete på kun få måneder i laboratoriet. For helt at forstå hvad der er sket, må vi gå de tre trin efter i detaljer.
Første trin – X1 Normalt lever den oprindelige bakterie af ribitol. Den transporterer den ind udefra, ind over membranen og nedbryder den i flere trin som hver især kræver et specifikt enzym. Det første af disse enzymer hedder ribitol dehydrogenase (RDH). Ribitol og det kunstige xylitol ligner hinanden meget, men RDH er så specifikt at det næsten kun kan nedbryde ribitol. Dog har det en meget langsom nedbrydning af xylitol også. Hvis RDH formår at nedbryde det første trin i omdannelsen af sukkeret, så foregår resten af processen problemfrit som for ribitol. RDH virker så dårligt på xylitol at det er utilstrækkeligt til at kunne give energi til bakterien. Faktisk bliver RDH slet ikke produceret når ribitol ikke er til stede, for det er det stof som tænder for produktionen. Baggrunden for den specificitet kan ses på figur 1.6. Gen Y producerer RDH når det er tændt, men hvis det ikke får besked om at tænde og begynde produktionen, så bliver RDH ikke lavet. Normalt bliver det tændt af ribitol, men det kan jo ikke ske nu, for bakterien får ingen ribitol. Der er flere problemer, for xylitol er et stort molekyle (makromolekyle), og store molekyler trænger normalt ikke passivt igennem membranen – de skal transporteres af
66 Mortlock, R. P., (1982). Metabolic acquisition through laboratory seletion,“ Annual Review of Microbiology, vol. 36, pp. 256-284. 67 Bogstavet D og L fortæller at atomerne om det centrale C er højre- eller venstredrejet i deres struktur. Stofferne er i princippet ens og indeholder samme atomer. L-formen er kunstig. 68 Lerner, S. A., T. T. Wu, and E. C. C. Lin, (1964). Evolution of a catabolic pathway in bacteria, Science, vol. 146. pp. 1313-1315. • Wu, T. T., E. C. C. Lin, and S. Tanaka, (1968). Mutants of Aerobacter aerogenes capable of ulilizing xylitol as a novel carbon, Journal of Bacteriology, vol. 96, pp. 447-456. • Rigby, P. W. J., B. D. Burleigh, and B. S. Hartley, (1974). Gene duplication in experimental enzyme evolution, Nature vol. 251, pp. 200-204. • Burleigh, B. D., Ribgy, P. W. J., Hartley, B. S., (1974). A comparison of wildtype and mutant ribitol degydrogenase from Klebsiella aerogenes. Biochemical Journal vol. 143, pp. 341-352. • Inderlied, C. B. and R. P. Mortlock, (1977). Growth of Klebsiella aerogenes on zylitol: implications for bacterial enzyme evolution, Journal of Molecular Evolution, vol. 9, pp. 181-190. • Thompson, L. W. and S. Krawiec, (1983). Acquisitive evolution of ribitol degydrogenase in Klebsiella pneumoniae, Journal of Bacteriology, vol. 154, pp. 1027-1031.
30 Origo101.p65
ORIGO 101
30
28-08-2006, 13:43
