Бактерии могут легко обмениваться полезными генами

Бактерии, связанные с людьми и домашним скотом, свободно и быстро обмениваются генетическим материалом, связанным с болезнями человека и устойчивостью к антибиотикам, через механизм горизонтального переноса генов (HGT).

В статье, опубликованной в Nature 30 октября, исследователи под руководством Эрика Алма из MIT сообщают об обнаружении масштабной сети недавнего обмена генами: 10 000 уникальных генов передавались посредством HGT между 2 235 бактериальными геномами со всего мира.

• HGT позволяет бактериям разных линий приобретать и делиться полезной генетической информацией, не унаследованной от родителей.
• Ранее масштабы и скорость этого процесса не были известны. Работа команды MIT демонстрирует, насколько широко и быстро гены могут распространяться.

«Мы находим полностью идентичные гены у бактерий, которые так же далеки друг от друга, как человек от дрожжей. Это показывает, что перенос недавний — у гена не было времени мутировать», — говорит Эрик Алм.

Ключевые выводы исследования

1. Устойчивость к антибиотикам — главный предмет обмена

• 60% переносов между бактериями, ассоциированными с человеком, включают гены устойчивости к антибиотикам.
• Обнаружено 42 гена устойчивости, общих для бактерий домашнего скота и человека, что указывает на связь между пулами устойчивости в популяциях животных и людей.

«Даже при том, что бактерия, живущая на корове, и бактерия, живущая на человеке, разделены миллиардом лет эволюции, обе имеют доступ к одной и той же генной библиотеке», — отмечает Алм.

2. Проблема носит международный характер

• Выявлено 43 независимых случая переноса генов устойчивости между странами.
• «Как только признак попадает в пул генов, ассоциированных с человеком, он быстро распространяется, не считаясь с государственными границами», — говорит соавтор Марк Смит.

3. Экология важнее географии или происхождения

• HGT происходит чаще среди бактерий, занимающих одну и ту же нишу (часть тела, толерантность к кислороду, патогенность).
• Экология (ниша) является более важным фактором для успешного переноса и закрепления гена, чем родственная линия или географическая близость.
• «Это дает нам свод правил для понимания сил, управляющих обменом генами», — заключает Алм.

Контекст и последствия

• В США более 80% из 33 миллионов фунтов антибиотиков, проданных в 2009 году, использовались в сельском хозяйстве, причем 90% из них применялись субтерапевтически (например, с кормом и водой для стимуляции роста).
• Используя выявленные «правила» обмена, исследователи надеются идентифицировать перенесенные гены, связанные со способностью вызывать менингит и другие болезни, как потенциальные мишени для новых лекарств.

«Эта работа показывает, как растущие базы данных полных геномных последовательностей вместе с детальной экологической информацией могут быть использованы для обнаружения крупномасштабных эволюционных закономерностей», — комментирует Роб Найт из Университета Колорадо.

Текущая работа команды включает сравнение скорости обмена генами у бактерий из разных участков тела одного человека, а также у людей с одинаковыми заболеваниями, и изучение переноса генов у бактерий, способных к биоремедиации.