Hoppande gener och antibiotikaresistens

Arters evolution kan i många fall beskrivas med ett träd. Detta gäller även genfamiljers evolution, det vill säga närbesläktade gener som har liknande uppgifter i de arter de återfinns i. 

De exakta uppgifter som gener i en familj utför kan förändras genom mutationer av enstaka DNA-positioner men även genom större händelser som förluster och duplikationer av hela gener. De senare ger alltså upphov till helt nya gener i en genfamilj. Inom bakterier händer det även ofta att gener överförs mellan individer inom samma eller olika arter, alltså hoppar från en art till en annan. Till exempel är det så antibiotikaresistens sprids mellan olika bakteriestammar.

– Att undersöka hur olika genfamiljer har vuxit fram under evolutionen är viktigt för att förstå hur olika gener är besläktade med varandra. Där det finns en förgrening på genträdet har en gen fått en ny funktion, säger Jens Lagergren, forskare verksam vid KTH och Scilifelab.  

Han har tillsammans med kollegor på bland annat Scilifelab utvecklat sannolikhetsmodeller som ger en mer detaljerad bild av hur genträdet har vuxit fram genom evolutionen och när gener eventuellt hoppat från en art till en annan i artträdet. 

Genom att basera sina metoder på matematiska modeller och Bayesiansk analys har dessa forskare lyckats få fram fram verktyg för biologer intresserade av hoppande gener och de egenskaper de bär med sig.  

– Bayesiansk analys gör att man kan utgå från en observation man har gjort i verkligheten och se vilken modell som är mest sannolik givet denna observation. Detta är alltför tidsödande att göra för hand, men med datorernas hjälp är det möjligt, säger Jens Lagergren.

Han tillägger att han också har tillämpat sin modell på två uppsättningar av bakteriearter och sett att deras nya metoder fungerar väl och är betydligt bättre än traditionella metoder, som inte är statistiska.

– Just nu är det ren grundforskning för att förstå genernas historia, men på sikt kan modellerna användas för att ge en djupare förståelse för hur olika arter har utvecklats och hänger ihop med varandra, inte bara genom direkt arv utan även genom genöverföring säger Jens Lagergren.

Kan metoden och modellen användas för att kunna se släktskapet mellan olika arter på ett tydligare sätt än tidigare?

– Ja, säger Jens Lagergren.

Metoden kan i framtiden även utgöra en grund för att komma tillrätta med antibiotikaresistens.

– Metoden beskriver en algoritm och tillhörande mjukvara som kommer vara ett viktigt verktyg för forskare som sysslar med bakterier och de gener de överför lateralt, exempelvis sådana för antibiotikaresistens, säger Jens Lagergren.

Du hittar även artikeln i Systematic Biology.