Бактерии способны «подбирать» фрагменты ДНК из внешней среды – новая тайна эволюции?

Что-то в нас никогда не умирает – ну, не совсем умирает. Лабораторный эксперимент с участием микробов и кости мамонта показал, что бактерии способны впитывать из окружающей среды генетические останки давно умерших организмов и «вставлять» их в свои геномы.

Эта способность – важный механизм эволюции, который раньше не замечали ученые; новое добавление к списку, куда входит секс (два организма, сочетающие свои гены путём спаривания), случайные мутации ДНК, и активная передача генов между живыми микробами.

Впитывая фрагменты ДНК, дрейфующие в окружающей среде, бактерии получают доступ к «антикварному магазину» генетического материала – к генам, которые могут уже выйти из употребления ныне живущими организмами. Более того, этот механизм требует минимума клеточных «инструментов» – он, скорее всего, сохранился с очень древних времен. Что-то в нас никогда не умирает – ну, не совсем умирает. Лабораторный эксперимент с участием микробов и кости мамонта показал, что бактерии способны впитывать из окружающей среды генетические останки давно умерших организмов и «вставлять» их в свои геномы.

Эта способность – важный механизм эволюции, который раньше не замечали ученые; новое добавление к списку, куда входит секс (два организма, сочетающие свои гены путём спаривания), случайные мутации ДНК, и активная передача генов между живыми микробами.

Впитывая фрагменты ДНК, дрейфующие в окружающей среде, бактерии получают доступ к «антикварному магазину» генетического материала – к генам, которые могут уже выйти из употребления ныне живущими организмами. Более того, этот механизм требует минимума клеточных «инструментов» – он, скорее всего, сохранился с очень древних времен. Давным-давно, когда секса еще не было, первые клетки могли подбирать блуждающие фрагменты ДНК, и с их помощью выживать и эволюционировать.

Когда организмы умирают, их ДНК рассыпается на части. Но эти крохотные поврежденные фрагменты не исчезают навсегда, рассказывает автор исследования Сёрен Овербалле-Петерсен (Søren Overballe-Petersen). Ученый подкормил короткими фрагментами полуразложившейся синтетической ДНК Acinetobacter baylyi, и увидел, как бактерии добавили их в свои геномы. Затем Овербалле-Петерсен раздробил кость мамонта возрастом в 43,000 лет, извлек оттуда кусочки ДНК, и скормил их своим микробным культурам – и ДНК вымершего зверя нашло себе место в живых бактериях.

Немало видов бактерий берут ДНК от других живых микробов с помощью сложной системы из примерно 40 генов. Но когда датский ученый «отключил» в своих микробах часть этого аппарата, они совершенно спокойно продолжали «впитывать» короткие фрагменты ДНК – те автоматически включались в геном во время обычного копирования ДНК. Овербалле-Петерсен полагает, что бактерии впитывают ДНК пассивно. Соблазнительно предположить, что механизм этот достаточно прост, чтобы работать уже на ранних этапах эволюции клеточных организмов.

Неясно, что бактерии делают со своей новой ДНК. Фрагменты ее слишком малы, чтобы нести информацию о целом гене, но могут содержать промотор, контролирующий транскрипцию (включение) других генов, предположила Лора Уэйрич (Laura Weyrich), сотрудница Австралийского центра изучения древней ДНК в Аделаиде. Или же бактерии хватают кусочки вирусной ДНК, поднимающие их иммунитет в борьбе с вирусами (т.е. действующие как вакцина).

Но, независимо от того, для чего она нужна сейчас, способность включать ДНК чужих организмов могла сыграть важнейшую роль в эпоху зарождения жизни. Ведь древние микробы, кажется, регулярно менялись генами, говорит Найджел Голденфельд (Nigel Goldenfeld), сотрудник Университета Иллинойса в Урбана-Шампэйн. До появления секса это могло способствовать быстрой эволюции.

А исследования Джонатана Ломбарда (Jonathan Lombard) из Национального центра эволюционного синтеза (Дарэм, штата Северная Каролина) говорят о том, что первые клетки были покрыты неплотными мембранами, и слабо могли контролировать всё, что входило в них и выходило. Скорее всего, пищу они получали непосредственно из внешней среды, и не будет большой вольностью предположить, что одновременно они подбирали и ДНК.

Овербалле-Петерсен представил свое исследование на конференции по горизонтальному переносу генов, которая прошла в сентябре в Мильтон Кейнс (Великобритания).

По материалам New Scientist.

Артём Космарский nauka21vek.ru Когда организмы умирают, их ДНК рассыпается на части. Но эти крохотные поврежденные фрагменты не исчезают навсегда, рассказывает автор исследования Сёрен Овербалле-Петерсен (Søren Overballe-Petersen). Ученый подкормил короткими фрагментами полуразложившейся синтетической ДНК Acinetobacter baylyi, и увидел, как бактерии добавили их в свои геномы. Затем Овербалле-Петерсен раздробил кость мамонта возрастом в 43,000 лет, извлек оттуда кусочки ДНК, и скормил их своим микробным культурам – и ДНК вымершего зверя нашло себе место в живых бактериях.

Немало видов бактерий берут ДНК от других живых микробов с помощью сложной системы из примерно 40 генов. Но когда датский ученый «отключил» в своих микробах часть этого аппарата, они совершенно спокойно продолжали «впитывать» короткие фрагменты ДНК – те автоматически включались в геном во время обычного копирования ДНК. Овербалле-Петерсен полагает, что бактерии впитывают ДНК пассивно. Соблазнительно предположить, что механизм этот достаточно прост, чтобы работать уже на ранних этапах эволюции клеточных организмов.

Неясно, что бактерии делают со своей новой ДНК. Фрагменты ее слишком малы, чтобы нести информацию о целом гене, но могут содержать промотор, контролирующий транскрипцию (включение) других генов, предположила Лора Уэйрич (Laura Weyrich), сотрудница Австралийского центра изучения древней ДНК в Аделаиде. Или же бактерии хватают кусочки вирусной ДНК, поднимающие их иммунитет в борьбе с вирусами (т.е. действующие как вакцина).

Но, независимо от того, для чего она нужна сейчас, способность включать ДНК чужих организмов могла сыграть важнейшую роль в эпоху зарождения жизни. Ведь древние микробы, кажется, регулярно менялись генами, говорит Найджел Голденфельд (Nigel Goldenfeld), сотрудник Университета Иллинойса в Урбана-Шампэйн. До появления секса это могло способствовать быстрой эволюции.

А исследования Джонатана Ломбарда (Jonathan Lombard) из Национального центра эволюционного синтеза (Дарэм, штата Северная Каролина) говорят о том, что первые клетки были покрыты неплотными мембранами, и слабо могли контролировать всё, что входило в них и выходило. Скорее всего, пищу они получали непосредственно из внешней среды, и не будет большой вольностью предположить, что одновременно они подбирали и ДНК.

Овербалле-Петерсен представил свое исследование на конференции по горизонтальному переносу генов, которая прошла в сентябре в Мильтон Кейнс (Великобритания).

По материалам New Scientist.