Warum ist die Funktion von lacA (kodiert für Thiogalactosid-Transacetylase) nicht eindeutig geklärt?

Hinweis: Dies ist NICHT mein Gebiet. Angesichts der Frage von @biogirl scheint es jedoch, dass es überhaupt nicht viele Leute auf diesem Gebiet gibt. Von dem, was ich sammeln kann, sind hier die Gründe, warum ich denke, dass es schwierig war, zu lernen.

I. Das lac-Operon hat eine starke Polarität. Damit meine ich, dass, wenn das lac-Operon induziert wird, lacZ (das erste Gen im Operon) viel mehr translatiert wird als lacA (das letzte Gen im Operon). Messungen haben das Molverhältnis von aufgezeichnet$\beta$-Galactosidase: Thiogalactosid-Transacetylase (die Proteinprodukte von lacZ und lacA ) nach Induktion des Operons bei 3:1 bis 5:1; dh wenn das lac-Operon induziert wird, 3 bis 5 Moleküle von$\beta$-gal werden für jede der Transacetylasen produziert. Berücksichtigt man die relative Länge jedes dieser Proteine ​​($\beta$-gal ist 1024 aas, Transacetylase ist 203), es funktioniert, dass lacZ mindestens 10 Mal schneller translatiert wird als lacA , wenn das lac-Operon induziert wird. Das Labor von Sidney Altman hat dies der Tatsache zugeschrieben, dass es eine Spaltstelle zwischen lacY und lacA gibt, an der RNAsen das entstehende mRNA-Transkript spalten können, wodurch lacA aus dem Operon entfernt und die Produktionsrate von Transacetylase verringert wird. Es scheint also, dass die Zelle etwas weniger lacA als lacZ benötigt – wenn sie es überhaupt braucht, siehe Punkt 2 –, was es schwieriger macht, es zu untersuchen.

Quellen: Brown JL, Brown DM, Zabin I. (1967). JBiolChem. 242(18):4254-8.

Li Y, Altman S. (2004). J. Mol. Biol. 339(1):31-9.

II. lacA scheint unter etwas konstruierten Bedingungen nur einen kleinen Fitnessvorteil zu bieten. In einer Arbeit aus den 70er Jahren stellten Forscher Konkurrenzversuche zwischen vor$lacA^{+}$Und$lacA^{-}$Stämme in Medien mit$\beta$-Galactoside als einzige Kohlenstoffquelle. 50 Generationen lang gab es keinen Wettbewerbsvorteil einer Sorte gegenüber der anderen (Verhältnis von$lacA^{+}$:$lacA^{-}$blieb bei 1). Als die Forscher nach 50 Generationen viel IPTG, ein nicht hydrolysierbares, hinzufügten$\beta$-Galactosid,$lacA^{+}$übertroffen$lacA^{-}$; die absolute Fitness von wild-type:mutant konnte berechnet werden$\approx 1.05$. Das bedeutet, dass der Wildtyp 105 Zellen pro 100 produzierte, die von der Mutante produziert wurden. Ich bin kein Populationsgenetiker, also weiß ich nicht, ob das ein großer Wert ist oder nicht. Zum Vergleich: Ich habe früher mit zirkadianen Rhythmen von Cyanobakterien gearbeitet, und der absolute Fitnessvorteil, eine zirkadiane Uhr mit der gleichen Periode wie der Hell-Dunkel-Zyklus in der Umgebung zu haben, funktioniert$>1.11$, was doppelt so vorteilhaft ist wie das für berichtete$lacA^{+}$über$lacA^-$. Jedenfalls ist die experimentelle Situation, in der$lacA^+$hat einen Wettbewerbsvorteil, wirkt eher gekünstelt: Mitwachsen$\beta$-Galactoside als einzige Kohlenstoffquelle mit einer erheblichen Menge an nicht hydrolysierbaren Analoga um die Gummierung herum$\beta$-Galactosid-Stoffwechselmaschinerie.

Quelle: Andrews KJ, Lin EC. (1976). J Bakteriol. 128(1):510-3.

Ich lese aus diesen Beobachtungen, dass die physiologische Rolle von lacA für einen Biologen aufgrund der geringen Größe seiner Wirkung auf die bakterielle Physiologie eine Herausforderung darstellt. Fitnessvorteile von 5 % können auf evolutionären Zeitskalen sicherlich nützlich sein, aber sie deuten darauf hin, dass der durch das Enzym gewährte Vorteil sehr schwer von Rauschen oder anderen Störfaktoren im System zu unterscheiden sein wird. Die Tatsache, dass die lacA- Produktion in Zeiten der lac-Operon-Induktion viel geringer ist als die lacZ -Produktion , würde es auch schwierig machen, sie zu messen.

Ein Postdoc, mit dem ich früher zusammengearbeitet habe, riet mir: „Suchen Sie nicht nach zweifachen Veränderungen in der Biologie“, womit er meinte, verbringen Sie nicht zu viel Zeit mit Fragen, bei denen die Größe des Effekts, den Sie betrachten, gering ist und sehr schwer von Rauschen, Bias, Messfehlern oder anderen verwirrenden Variablen zu unterscheiden. Offensichtlich gibt es Einschränkungen für diesen Ratschlag; Aus der Kombination mehrerer scheinbar geringfügiger Wirkungen, die große kumulative Folgen für einen Organismus haben, kann viel gelernt werden. Aber als Faustregel gilt, dass es so schwierig ist, starke Ergebnisse zu erzielen, wenn Ihre Effektgröße so gering ist, dass das Streben nach kleinen Effekten nur dann gerechtfertigt ist, wenn Sie einen guten Grund zu der Annahme haben, dass dahinter eine tiefgreifende, grundlegende Biologie steckt.lacA im lac-Operon und allgemeiner in der bakteriellen Physiologie würde zu viel Arbeit für zu wenig Ertrag bedeuten.