Новый способ обмена генетической информацией обнаружен у обычного океанического микроба

От тропиков до полюсов, от поверхности моря до глубины в сотни метров, мировой океан кишит одними из самых маленьких организмов: видами бактерий под названием Prochlorococcus, которые, несмотря на свой размер, несут коллективную ответственность за большую часть производства кислорода в океане. Но удивительная способность этих крошечных организмов к диверсификации и адаптации к столь разным условиям окружающей среды остается загадкой.

Новое исследование показывает, что эти крошечные бактерии обмениваются генетической информацией друг с другом, даже находясь на большом расстоянии друг от друга, с помощью ранее не задокументированного механизма. Это позволяет им передавать целые блоки генов, например, те, которые дают им способность усваивать определенные типы питательных веществ или защищаться от вирусов, даже в тех местах, где их популяция в воде относительно невелика.

Полученные результаты описывают новый класс генетических агентов, участвующих в горизонтальном переносе генов, при котором генетическая информация передается непосредственно между организмами, как одного, так и разных видов, средствами, отличными от прямого происхождения. Ученые назвали агенты, осуществляющие этот перенос, «тичепозонами» — это последовательности ДНК, которые могут содержать несколько целых генов, а также окружающие последовательности, и могут спонтанно отделяться от окружающей ДНК. Затем они могут быть перенесены в другие организмы с помощью любой из множества возможных систем переноса, включая крошечные пузырьки, известные как везикулы, которые клетки могут создавать из собственных мембран.

Об исследовании, в ходе которого были изучены сотни геномов Prochlorococcus из различных экосистем по всему миру, а также выращенные в лаборатории образцы различных вариантов и даже эволюционные процессы, проведенные и наблюдаемые в лаборатории, сообщается в журнале Cell.

Профессор Чисхолм, который в 1988 году стал одним из первооткрывателей вездесущих организмов, рассказывает о новых результатах: «Мы очень рады этому, потому что это новый источник горизонтального переноса генов для бактерий, и он объясняет многие закономерности, которые мы наблюдаем у Prochlorococcus в дикой природе, невероятное разнообразие. Сегодня они считаются самыми многочисленными фотосинтезирующими организмами в мире, но их крошечные разновидности, называемые цианобактериями, также являются самыми маленькими из всех фотосинтезирующих организмов».

Хакл, который сейчас работает в Университете Гронингена в Нидерландах, говорит, что работа началась с изучения 623 записанных последовательностей геномов различных видов Prochlorococcus из разных регионов. Ученые пытались выяснить, как возможно, что они так легко теряют или приобретают определенные функции, несмотря на очевидное отсутствие какой-либо известной системы, которая облегчает/усиливает горизонтальный перенос генов, такой как плазмиды или вирусы, известные как профаги.

Хакл, Лоренцо и Анкенбранд изучали «островки» генетического материала, которые оказались очагами вариаций и часто содержали гены, связанные с известными ключевыми процессами выживания, такими как способность усваивать необходимые и часто лимитирующие питательные вещества, такие как железо, азот или фосфат. Эти острова содержали гены, которые сильно различались между видами, но всегда находились в одних и тех же частях генома и иногда были почти идентичны даже у совершенно разных видов — сильный показатель горизонтальной передачи.

Однако ни один из обычных признаков, связанных с так называемыми мобильными генетическими элементами, не был обнаружен в геномах, поэтому поначалу это оставалось загадкой. Постепенно стало ясно, что эта система передачи генов и диверсификации отличается от нескольких других механизмов, которые наблюдались у других организмов, включая человека.

Эксклюзивный перевод*

Фото: Томас Хакл и др. / Новости MIT

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Депутат Бессараб: при средней зарплате в 75 тыс. рублей пенсия составит 30 тыс.

9 Работник, получающий среднюю зарплату в России — 75 тысяч рублей, может рассчитывать на пенсию …