生物系统中冗余的好处

从工程师的角度来看，生物学往往是混乱和不完美的。例如，冗余是生物系统的一个共同特征，一个生物组成部分的工作与另一个生物组成部分的工作重叠。

最近发表在《eLife》杂志上的一项研究调查了某些类型的生物冗余 - 尽管效率明显低下 - 是否真的是有益的。

翻译：具有高度冗余的生物过程

翻译是一个能量昂贵的过程，通过这个过程，细胞将遗传信息转化为蛋白质。解码过程由核糖体和转移RNA(tRNA)执行。这些重要的生物分子本身被编码在细胞的遗传信息中，通常由几个(有时是数百个)相同的基因拷贝编码。

例如，常用的实验室细菌菌株大肠杆菌K-12 MG1655包含七个拷贝的核糖体RNA(rRNA)基因和每个tRNA基因的多达六个拷贝。这种明显的冗余起初是出乎意料的;为什么要支付维护大量相同基因拷贝的费用?

一种假设是，更多的基因拷贝可能允许更多或更快地产生核糖体和tRNA，导致支持条件下更快的生长和分裂。为了验证这一假设，印度国家生物科学中心的Deepa Agashe小组与马克斯普朗克进化生物学研究所的微生物进化动力学小组(由Jenna Gallie领导)合作。

大肠杆菌的翻译冗余水平可以在实验室中操纵

从大肠杆菌K-12 MG1655基因组中去除各种多余的rRNA和/或tRNA基因拷贝。结果是一组衍生菌株，每个菌株的平移冗余程度都低于原始菌株。生物学测定用于证明基因缺失事件导致成熟tRNA表达减少(通过YAMAT-seq)和/或翻译减慢(通过β-半乳糖苷酶报告基因测定)。

这些结果表明，(i)大肠杆菌翻译成分的遗传冗余可以减少，(ii)遗传减少反映在成熟的翻译机制中。

在翻译需求增加的情况下，更多的基因拷贝是有益的

在不同环境中测量所有菌株的生长概况，其中养分可用性从差到富不等。一般来说，当养分稀缺时，低冗余菌株的生长速度快于原始菌株，但当养分自由获得时，生长速度慢于原始菌株。这些结果与最初的假设一致：当翻译缓慢时，遗传冗余是有代价的，而在支持更快翻译和生长的条件下，这种成本会得到缓解。

这项研究表明，携带多个rRNA / tRNA基因拷贝在支持越来越快的翻译和生长的条件下是有益的。更广泛地说，结果强调(明显的)冗余可以在复杂的生物系统中发挥有益的作用，特别是在不断变化的环境条件下。