Дорожные правила для переноса генов записаны в ДНК

Новое открытие предполагает, что способность бактерий переносить гены, например, связанные с устойчивостью к антибиотикам, регулируется ранее неизвестным набором правил, записанных в ДНК реципиента.

Доктор Хизер Хендриксон из Института естественных и математических наук Мэсси и команда учёных из Университета Питтсбурга (США) обнаружили, что горизонтальный перенос генов — мощный источник изменений у бактерий, который может значительно повышать их выживаемость.

В природе бактерии постоянно обмениваются генетическим материалом, даже между дальними родственниками, в процессе горизонтального переноса генов. Переносимый материал может нести новые признаки, такие как метаболические пути, гены вирулентности и даже элементы устойчивости к антибиотикам.

Эти «правила» регулируются архитектурными импортирующими последовательностями (AIMS), которые есть во всех бактериальных хромосомах. Команда обнаружила, что если наборы AIMS у донора и реципиента хорошо совпадают, то переносимая ДНК может сохраниться. Если совпадения нет — нет, что и устанавливает «правила переноса».

AIMS можно сравнить с группами крови для генетического обмена между видами бактерий. Они, скорее всего, схожи у близкородственных бактерий, но в случае дальнего переноса были сюрпризы. Например, некоторые виды имеют структуры последовательностей, которые делают их хорошими универсальными донорами, но очень избирательными реципиентами, подобно людям с группой крови O.

Критически важно, что AIMS легко распознать во всех бактериальных хромосомах, что позволяет предсказывать вероятные пути переноса генов.

Понимание свойств, управляющих этим переносом, возможно, в будущем позволит предотвратить распространение нежелательных генов, таких как гены устойчивости к антибиотикам или вирулентности.

Дорожная карта переноса генов

Даже штаммы одного вида бактерий могут иметь лишь меньшинство общего пула генов, что отражает огромную скорость горизонтального переноса. Несмотря на этот массивный приток, бактерии можно организовать в роды, семейства и таксоны более высокого порядка на основе генетического сходства. Это означает, что межвидовой перенос генов не случаен. Не хватало молекулярного механизма, предотвращающего неконтролируемый перенос между отдалёнными видами, который разрушил бы эту иерархию сходства. Теперь мы видим, что AIMS могут препятствовать этим дальним событиям переноса, структурируя дорожную карту переноса генов между видами.

Исследование «Архитектура хромосомы ограничивает горизонтальный перенос генов у бактерий» опубликовано в PLoS Genetics.