Бактерии играют в «рамми» с генами, показал биолог

Процветающие бактерии используют некоторые стратегии хорошего игрока в рамми, говорит Берт Или, биолог из Университета Южной Каролины.

Или недавно обнаружил, что когда бактерии добавляют новую ДНК в свой геном, они избавляются от другой группы генов, которые не доказали свою полезность. Подобно игроку в рамми, который берёт карту, а затем сбрасывает её, если она не помогает собрать комбинацию.

«Именно это я и наблюдаю у этих бактерий, — сказал Или. — Они берут какой-то случайный фрагмент ДНК и встраивают его в геном, и это им ни капли не помогает. Поэтому, когда приходит следующий, они заменяют тот, который им не нужен».

Его открытие, недавно опубликованное в научном журнале PLOS ONE, подробно описывает, как бактерии получают новую ДНК, не перегружая свои геномы.

Бактерии захватывают ДНК из окружающей среды в процессе, называемом горизонтальным переносом генов. Это может привести к тому, что микроорганизмы приобретут новые биохимические способности, которые помогут им обогнать в росте другие бактерии и, возможно, легче инфицировать другие организмы, например, человека.

Но если их геномы станут слишком большими, клеткам придётся тратить больше времени и энергии на репликацию своей ДНК, что станет для них эволюционным недостатком, говорит Или. То, как бактерии контролировали размер своего генома, оставалось загадкой до недавнего времени, когда Или изучал родственные штаммы бактерий в лаборатории.

Коллега-биолог попросил Или секвенировать штамм бактерий, чтобы подтвердить наличие конкретной мутации. «Вместо этого я обнаружил, что этот штамм является гибридом двух штаммов, которые были в лаборатории, — говорит Или. — В данном случае я знал, откуда взялись новые сегменты в геноме — от других штаммов в лаборатории».

Поскольку он секвенировал ДНК изучаемого штамма, а также двух близкородственных штаммов, Или смог сравнить геномы. Он заметил, что бактерии не только добавляют гены, но и избавляются от некоторых из них.

«Это исследование показало, что они не просто захватывают и добавляют гены к имеющимся хромосомам, а захватывают и заменяют, — говорит Или. — Каждый раз, когда они что-то добавляют, они что-то удаляют».

Более того, по словам Или, удаляемые фрагменты ДНК, как правило, были генами, уже отличавшимися от генов их родительских клеток. Другими словами, это были гены, приобретённые в результате более раннего акта горизонтального переноса генов. Поскольку большинство новых фрагментов ДНК не будут полезны для выживания, существует эволюционное предпочтение удалению этих участков, говорит Или.

Но если ДНК полезна, она с большей вероятностью останется. «Любая бактерия с новым полезным геном будет расти быстрее своих соседей, — говорит Или. — Добавление/удаление генов происходит примерно раз в 20 000 поколений, поэтому полезный ген вряд ли будет утерян».

Один «ход» каждые 20 000 поколений? Это очень медленная игра в рамми.

«Но вы можете вытянуть нужную карту уже через 20 000 поколений, — говорит Или. — Оптимизм важен».