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無懼演化淘汰 致病基因寄生物靠「基因轉移」擴散

2018/7/30 — 11:59

基因寄生物 (genetic parasites) ,如跳躍子 (transposon) 、質體 (Plasmid) 、病毒,或其他基因物等,佔一半人體基因譜。在一般情況下,演化機制應可移除對身體有害的基因組——因為擁有此類基因組生物應會更易死亡,無法將基因遺傳下一代。然而,這類寄生物卻不會被演化機制淘汰,還可遺傳多年,在大部份生物中散播。當中原因,一直引起科學家疑惑。

美國國立衛生研究院研究人員 Jaime Iranzo 和 Eugene V. Koonin 發現,基因水平轉移 (Horizontal Gene Transfer, HGT) 或是當中關鐽。此種機制讓寄生物在無需透過繁殖下一代的情況下,將基因物質遺傳到其他生物,而無懼被演化機制淘汰。

以往亦曾有研究提出 HGT ,但一般認為基因轉移速率未必可讓基因寄生物遺傳至今。那究竟基因寄生物基因水平轉移率至少要達多少,才足以令它們繼續遺傳至今?研究人員就利用數學模型及比較基因學技術,分析微生物群的基因寄生物傳播數據,由此量化影響基因寄生物生存及傳播分佈的因素。

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他們發現雖然 HGT 速率主要受制於演化力度和基因刪除率 (gene deletion rate) ,但一般情況下 HGT 已足以令基因寄生物流傳和散播。而基因寄生物則可利用不同 HGT 策略繼續散播下去。

相對有害的基因寄生物由於不斷會被演化機制威脅,所以它們一般的 HGT 率較高,並需演化出一些自動 HGT 機制,或者是依靠在有此類機制的基因寄生物中生存。相反,一些較中性的基因寄生物,如跳躍子的基因轉移率則較低,而且會演化出可在母體內擴散的機制。

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未來研究將可繼續循此方向,了解不同基因寄生物怎樣互相影響,而環境中又會有甚麼因素,使基因寄生物合作或競爭。 由於初期演化中生物與基因寄生物一直有「演化競賽」,而當中部份競爭可能對生物演化史相當重要。此些競爭可能驅使了細胞區室 (celluar compartment) 的演化,以及多細胞生物形成等。了解 HGT 機制將有助解開此演化難題。  

參考資料:
Phys.org, How did genetic parasites overcome natural selection for billions of years?, 27 July 2018

報告
Iranzo, J. & Koonin, E.V. (2018). How genetic parasites persist despite the purge of natural selection. EuroPhysics Letter, 122, 5, published online. DOI: 10.1209/0295-5075/122/58001

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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