p Sergei Maslov, professor de bioengenharia e física da Universidade de Illinois, vê um "universo em um grão de areia". Sua pesquisa busca explorar esse universo concentrando-se na diversidade genômica de seus constituintes:os milhões de micróbios que prosperam e se reproduzem dentro dele. p O estudo recente de Maslov, publicado em Genética , examinou a dinâmica que governa essa diversidade modelando os efeitos de vários fatores diferentes na evolução da sequência do genoma. Os co-autores do estudo eram ex-membros do laboratório de Maslov, Purushottam Dixit, agora um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Columbia, e Tin Yau Pang, agora um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Dusseldorf. Juntos, Dixit, Pang e Maslov, que também é Bliss Faculty Scholar e membro do Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica e do National Center for Supercomputing Applications, esclareceu as condições que mantêm uma espécie bacteriana coesa ou a conduzem à diversidade.

p A origem do presente trabalho foi uma interação casual entre Maslov e seu colega F. William Studier, um biólogo renomado no Laboratório Nacional de Brookhaven. Studier e outros estavam explorando a sequência do genoma de diferentes cepas de Escherichia coli e ficaram intrigados com a observação de que algumas áreas do genoma variavam dramaticamente - mais do que o esperado ao acaso - no número de diferenças de sequência entre as duas cepas.

p Maslov foi atraído para o quebra-cabeça apresentado por esta descoberta, e eventualmente ajudou o grupo a concluir que regiões com sequências muito diferentes podem ser explicadas por recombinação, um mecanismo que permite às células bacterianas obter fragmentos de DNA de seus vizinhos e incorporá-los em seus próprios genomas.

p "Sou uma pessoa computacional, portanto, estou realmente motivado não por um campo necessariamente por um interesse em problemas. Então, se for um quebra-cabeça, Eu gosto de quebrá-lo se possível, "Maslov disse. Mesmo depois que o trabalho com Studier foi publicado, Maslov continuou a se sentir atraído pelas questões levantadas pela descoberta. "Queríamos entender como as espécies bacterianas se formam e quais são as forças que as mantêm coerentes."

p Físico por formação, Maslov coloca esta questão em termos de cosmologia:no universo dos micróbios, como é que a mutação, erros de chance na sequência do genoma que expandem a variação encontrada dentro de uma cepa, comparar com a ligação "força gravitacional" de recombinação? Ele e seus co-autores decidiram responder a essa pergunta com a ajuda do banco de dados público cada vez maior de dados genômicos bacterianos.

p "Imediatamente após um evento de recombinação, dois genomas bacterianos tornam-se idênticos para um pedaço de sua sequência genômica, o que significa que eles estão, em certo sentido, mais próximos. . . [mas] se você tiver duas sequências bacterianas que divergiram muito uma da outra, eles apenas perdem a capacidade de se recombinarem, "Maslov disse." Nosso objetivo era tentar compreender de forma mais geral o problema de manutenção das espécies bacterianas.

p Maslov e seus co-autores desenvolveram um modelo computacional que capturou os elementos básicos da evolução bacteriana:o nível existente de diversidade genômica entre pares de indivíduos dentro de uma população, a taxa de mutações fortuitas, e a capacidade de recombinação. O modelo quantificou as relações entre todos esses fatores, pois eles influenciam a sequência do genoma em uma população de bactérias. Os pesquisadores descobriram que o equilíbrio entre esses fatores cria uma divisão bastante nítida entre dois estados distintos - metaestabilidade e divergência.

p "Os principais parâmetros que se revelam relevantes ... é a frequência com que o organismo genômico particular se recombina com membros de sua própria espécie, e o tamanho geral da população, então, dependendo dessas duas variáveis, você pode ter dois regimes, ou um regime em que a recombinação acontece com frequência suficiente para que você tenha uma espécie coerente que permanece junta por um longo tempo, ou você tem esse regime onde ele se divide em subespécies, "Maslov disse.

p Em outras palavras, eventos de recombinação frequentes podem manter uma população de bactérias em um estado metaestável, aquele em que é improvável que a especiação ocorra mesmo ao longo de muitas gerações. Uma população maior na qual a taxa de mutação pode superar os efeitos de homogeneização da recombinação irá divergir rapidamente. Mas Maslov enfatizou que em uma escala de tempo longa o suficiente, a especiação é tão inevitável quanto a expansão do universo.

p "Mais cedo ou mais tarde, haverá um acidente estranho, porque no momento em que a distância genética entre duas espécies excede um certo limite, eles efetivamente perdem a capacidade de recombinar, "ele disse." A nova espécie se formará - então é mais uma questão de quanto tempo uma determinada entidade, que atualmente chamamos de espécie bacteriana, viverá para. "

p Ao elucidar as características básicas da especiação bacteriana, este trabalho aborda questões fundamentais sobre a evolução e pode eventualmente contribuir para os esforços para rastrear e prevenir o desenvolvimento de resistência a drogas ou virulência em patógenos causadores de doenças.