Multikopie-Suppression bildet die Grundlage der metabolischen Evolvierbarkeit

Unser Verständnis der Ursprünge neuer metabolischer Funktionen basiert auf anekdotischen genetischen und biochemischen Beweisen. Einige Auxotrophien können durch Überexpression von substrat-ambivalenten Enzymen (d.h. solchen, die die gleiche chemische Umwandlung an verschiedenen Substraten katalysieren) unterdrückt werden. Andere Enzyme weisen in vitro eine schwache, aber nachweisbare katalytische Promiskuität auf (d.h. sie katalysieren unterschiedliche Umwandlungen an ähnlichen Substraten). Zellen passen sich an neuartige Umgebungen durch die Evolution dieser sekundären Aktivitäten an, aber weder ihre chemischen Eigenschaften noch ihre Häufigkeiten des Auftretens wurden en bloc charakterisiert. Hier haben wir systematisch multifunktionale Gene im Escherichia coli-Genom identifiziert. Wir haben 104 Einzelgen-Knockout-Stämme untersucht und entdeckt, dass viele (20%) dieser Auxotrophen durch die Überexpression von mindestens einem nicht-verwandten E. coli-Gen gerettet wurden. Das deletierte Gen und sein Suppressor waren im Allgemeinen nicht verwandt, was darauf hindeutet, dass Promiskuität ein Produkt der Kontingenz ist. Diese genomweite Erhebung zeigt, dass multifunktionale Gene häufig vorkommen und veranschaulicht die mechanistische Vielfalt, durch die ihre Produkte die metabolische Robustheit und Evolvierbarkeit erhöhen.