Исследование червей выявило «эгоистичные гены», кодирующие токсин и его антидот

Исследование UCLA показало, что распространённый штамм Caenorhabditis elegans — круглого червя, часто используемого в лабораторных исследованиях нейроразвития, — имеет пару генов, кодирующих как яд, так и его противоядие. Также выяснилось, что если черви с этими двумя генами спариваются с дикими штаммами C. elegans, у которых нет обоих генов, их потомство, не унаследовавшее антидот, не может защититься от токсина (который производят матери-черви) и погибает на стадии эмбриона.

Эта пара генов представляет собой один из самых ясных на сегодня примеров «эгоистичного генетического элемента» на молекулярном уровне.

Эгоистичные генетические элементы — это участки ДНК, которые существуют исключительно для обеспечения собственного наследования и не приносят пользы организму. Учёные знают о них десятилетиями, а их важность стала особенно очевидна после публикации книги Ричарда Докинза «Эгоистичный ген» (1976).

Механизмы саморепликации таких элементов могут быть тонкими. Например, они могут изменять поведение животного, заставляя его выбирать партнёров с таким же генетическим набором. В крайних случаях эгоистичный ген может требовать, чтобы организм унаследовал его для собственного выживания.

Исследователи изучали необычный штамм C. elegans под названием DL238, изолированный из заповедника на Гавайях. При скрещивании этих червей со стандартным лабораторным штаммом N2 учёные заметили длинный участок ДНК, где потомство всегда наследовало копию от N2.

Эксперименты показали, что это происходит потому, что черви, унаследовавшие ДНК от DL238, погибали на эмбриональной стадии развития. Изучив гены в этом участке, исследователи с удивлением обнаружили, что у DL238 отсутствует ген pha-1, который считался необходимым для развития пищевого органа червя. Однако оказалось, что pha-1 на самом деле является антидотом к токсину sup-35, которого также не было у DL238. Вместе эти гены составляют эгоистичный элемент, а не являются важными компонентами развития червя.

Учёные давно интересуются использованием эгоистичных генов для остановки распространения патогенов, например, малярийного паразита. Система pha-1/sup-35 даёт отправную точку для изучения того, как распространяются эгоистичные гены.

Авторы отмечают, что это открытие также предполагает, что эгоистичные генетические элементы могут скрываться на виду у учёных и быть более распространёнными, чем считалось ранее. Ген pha-1 был хорошо изучен, но ранее не было намёков на то, что он является всего лишь антидотом к токсину. Это повышает вероятность, что другие гены развития могут оказаться антидотами к ещё не открытым токсинам.

Исследование опубликовано в журнале Science.