Бактерии эволюционировали механизм защиты важнейших генов от мутаций

Исследователи из Европейского института биоинформатики EMBL (EMBL-EBI) обнаружили, что клетки, подобно банкам, приоритизируют, какие гены они защищают наиболее тщательно. Исследование, опубликованное в Nature, показывает, что у бактерий эволюционировал механизм, защищающий важные гены от случайных мутаций, снижая риск самоуничтожения. Эти выводы разрешают полувековые дебаты и дают представление о возникновении болезнетворных мутаций и эволюции патогенов.

«Мы обнаружили, что должен существовать молекулярный механизм, который предпочтительно защищает определённые области генома», — говорит руководитель исследования Николас Ласкомб.

Мутации — основа индивидуального разнообразия, но они же могут иметь катастрофические последствия, если затронут критический ген. Однако защита всех генов была бы слишком затратной для клетки. Иниго Мартинкорена, аспирант в лаборатории Ласкомба, обнаружил, что клетки эволюционировали «стратегию управления рисками».

Учёные проанализировали 120 000 однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) в 34 штаммах бактерии E. coli и смогли количественно оценить случайность скорости мутаций в разных областях генома. Результаты показали, что ключевые гены мутируют с гораздо меньшей скоростью, чем остальной генетический материал.

«Нас поразило, насколько изменчива скорость мутаций вдоль генома, — отмечает Мартинкорена. — Наши наблюдения предполагают, что эти бактерии развили умный механизм для контроля скорости эволюции в crucial areas of the genome».

Используя методы популяционной генетики, исследователи смогли разделить влияние скорости мутаций и естественного отбора, разрешив давний спор. Ранее считалось, что шанс возникновения мутации не зависит от её ценности для организма, а естественный отбор действует постфактум.

«Мы видим, что геномы развили механизмы, чтобы избегать мутаций в regions that are more valuable than others», — объясняет Мартинкорена.

Наблюдения за геномами рака позволяют предположить, что схожие механизмы могут быть задействованы в развитии онкологических заболеваний. Следующая цель учёных — выяснить, как именно работает эта защита генов на молекулярном уровне и какую роль она может играть в опухолевых клетках.