Генная почта: Катализатор эволюции
В океане гены могут передаваться от одной бактерии другой с неожиданной легкостью. Как утверждают авторы исследования, опубликованного в журнале Science, это происходит благодаря необычным частицам, напоминающим вирусы. Такие частицы, называемые агентами переноса генов (gene transfer agents, GTA) привносят в геном бактерий новые фрагменты ДНК от 1000 до 100 млн. раз чаще, чем считалось ранее. Это говорит о том, что GTA играют важную роль в процессе эволюции.
Известно, что бактерии часто обмениваются генетической информацией, однако механизм этого обмена до сих пор был неясен. Микробиологу Лорену МакДэниэлу (Lauren McDaniel) из университета Южной Флориды и его коллегам удалось раскрыть этот секрет.
Горизонтальный перенос генов (когда генетическая информация передается вне генеалогической последовательности — вертикальной, от родителей к потомству) помогает объяснить быструю адаптацию бактерий к окружающей среде, в частности, приобретение устойчивости к антибиотикам. Если у одной бактерии есть «полезный» ген, она может «поделиться» им с другими, повышая шансы их на выживание.
Горизонтальный перенос генов может происходить как при непосредственном контакте «клетка-клетка», так и с помощью мобильных генетических элементов, называемых плазмидами, или при посредничестве бактериальных вирусов (бактериофагов), которые часто разрушают клетку-хозяина перед тем, как сменить место жительства.
Основное прибежище GTA — белковая оболочка бактерии-хозяина, покидая которую, GTA прихватывает с собой некоторые фрагменты бактериального генома. В течение последних 30 лет GTA лишь эпизодически служили объектами лабораторных исследований.
Команда исследователей методами генной инженерии получила GTA, содержащие транспозон Tn5, кодирующий устойчивость к антибиотику канамицину. Tn5 был выбран по чисто практическим соображениям — устойчивость к канамицину несложно выявить в лабораторных условиях, просто обработав бактерии антибиотиком и определив выживших. Затем ученые упаковали модифицированные GTA в пакеты, заполненные водой с различных прибрежных участков, и погрузили в океан, чтобы максимально точно сымитировать естественные условия. На следующий день до 47% бактерий, живущих в мешках, оказались носителями гена устойчивости к канамицину. Крайне маловероятно, что этот ген мог быть приобретен каким-либо иным способом. Причем это произошло с самыми разнообразными штаммами бактерий, что указывает на «неразборчивость» GTA.
«GTA очень своеобразны, — говорит биолог Евгений Кунин, работающий в Национальном Институте Здоровья (шт. Мэриленд, США). — Похоже, что их единственная функция — передача генов». В прошлом году Кунин совместно с группой коллег провел анализ геномов морских вирусов и предсказал, что GTA могут играть ведущую роль при горизонтальном переносе генов в океане. Он говорит, что исследование МакДэниэла подтвердило его предположение, продемонстрировав, насколько часто GTA может служить посредником при передаче генетической информации от одного морского микроорганизма к другому.
Джон Пол (John Paul), один из авторов работы, говорит, что подобным образом может передаваться самая разнообразная генетическая информация, а не только устойчивость к конкретному типу антибиотиков. Данное исследование может привести к более глубокому пониманию эволюционных процессов и различных свойств бактерий, в частности, их патогенности и резистентности к различным лекарственным препаратам.
По сообщению Nature News