Геном в геноме: Старый паразит
Бактерия вольбахия является пандемичным паразитом, инфицирующим 70% беспозвоночных во всем мире и эволюционирующим вместе с ними. Наиболее часто паразит поражает насекомых, при этом он проникает в их яйцеклетки и сперматозоиды и передается потомству. Этот факт натолкнул ученых на предположение о том, что любые возникающие при этом генетические изменения передаются из поколения в поколение.
Проводя систематический скрининг генома беспозвоночных, исследователи обнаружили гены вольбахии, встроенные прямо в геном фруктовой мушки Drosophila ananassae. Для подтверждения результатов мушек излечивали от паразита с помощью антибиотиков, после чего снова анализировали их ДНК. Каждый раз, несмотря на отсутствие паразита в тканях, копия его генома присутствовала у дрозофил во второй из четырех пар хромосом, которыми обладает этот вид.
Эта находка, сделанная учеными под руководством Джека Веррена (Jack Werren) указывает на то, что горизонтальный (межвидовой) перенос генов между бактериями и многоклеточными организмами происходит чаще, чем принято считать, и накладывает определенный отпечаток на процесс эволюции. Бактериальная ДНК может быть полноценной частью генома организма и даже отвечать за формирование определенных признаков — по крайней мере, у беспозвоночных.
Исследователи показали, что гены вольбахии наследуются подобно обычным генам насекомых, при этом некоторые из них транскрибируются в организме неинфицированных мушек, что означает возможность синтеза белков паразита в клетках здоровых насекомых. По словам Веррена, маловероятно, что паразиты «намеренно» встраивают свои гены в геномы хозяев. Скорее всего, это происходит в процессе репарации ДНК, когда фрагменты ДНК паразита случайно проникают внутрь ядра и репаративные ферменты «сшивают» их с геномом клетки. Однако обнаружение целого генома вольбахии внутри генома дрозофилы было неожиданной находкой.
Вероятность того, что такой большой фрагмент ДНК абсолютно нейтрален, минимальна, и специалисты считают, что содержащиеся в нем гены обеспечивают насекомым определенные селекционные преимущества. В настоящее время авторы занимаются выявлением этих преимуществ. Эволюционные биологи должны обратить пристальное внимание на это открытие.
Генетикам и раньше были известны случаи переноса генов паразита в геном хозяина, однако это считалось исключительно редким явлением, касающимся низкоорганизованных животных. Однако, как оказалось, бактериальная ДНК, проигнорированная при секвенировании генома дрозофилы, является не артефактом, а полноценным фрагментом генома.
Общепринято мнение, что митохондрии — органеллы, обеспечивающие продукцию энергии в клетках практически всех эукариотических живых организмов, — в отдаленном прошлом являлись бактериями, обитающими внутри клеток. На это указывает то, что митохондрии имеют свой, хотя и крошечный, геном, бόльшая часть которого, по всей видимости, в очень далеком прошлом пассивно переместилась в ядро клетки-хозяина. Возможно, что через сотни миллионов лет вольбахии тоже могут превратиться в необходимые клеткам структуры.
Кстати, не так давно большой сюрприз преподнесла ученым геном другой, казалось бы, ничем не примечательной бактерии — карсонеллы: «Геном-чемпион». Кроме того, стартовал весьма масштабный и амбициозный проект по полной расшифровке генома всех бактерий-обитателей человеческого организма: «Свои микробы».