Стратегическое расположение генов у бактерий раскрывает секреты эволюционного успеха

Биоинформатики из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) и Университета Линчёпинга (Швеция) установили, что гены в бактериальных геномах расположены в осмысленном порядке. В журнале Science они объясняют, что гены организованы по функциям: если они становятся всё более важными для быстрого роста, то располагаются ближе к точке начала репликации ДНК. Соответственно, их положение влияет на то, как их активность меняется со скоростью роста.

Мнение о случайном распределении генов вдоль бактериальной хромосомы, которого придерживается большинство исследователей, было оспорено группой биоинформатиков под руководством профессора Мартина Лерхера.

Когда бактерии реплицируют свой генетический материал перед делением, процесс начинается в определённой точке хромосомы и продолжается в обоих направлениях.

Доктор Сяо-Пань Ху из HHU, ведущий автор исследования, утверждает: «В течение короткого времени этого процесса копий генов, расположенных ближе к началу репликации, больше, чем тех, что расположены дальше. Соответственно, гены рядом с началом могут считываться чаще».

«Мы установили, что эти гены особенно важны для роста клетки — например, те, чьи продукты собирают белки бактерий», — добавляет профессор Лерхер. В отличие от них, гены, редко необходимые в фазах роста, обычно находятся на противоположном конце хромосомы, где они дублируются поздно в процессе.

Исследователи использовали биоинформатические и математические методы для анализа положения более чем 4400 семейств генов у свыше 900 различных видов бактерий. Они обнаружили, что расположение генов вдоль хромосомы должно было возникнуть как следствие эволюционного давления, поскольку те бактерии, которые могут расти особенно быстро благодаря оптимально расположенным генам, имеют эволюционное преимущество.

Доктор Ху продолжает: «Теперь мы лучше понимаем, как бактерии контролируют свои гены. Результаты действительно удивили нас. Они дают отличное объяснение важному аспекту эволюции бактерий: правильное геномное позиционирование дало существующим сегодня бактериям преимущество над их конкурентами».

О дальнейших потенциальных применениях Лерхер говорит: «Это понимание также может помочь в проектировании более эффективных синтетических бактерий, например, для биотехнологических или медицинских применений».