'Прыгающие гены' создают устойчивость к антибиотикам у бактерий
Исследование Корнеллского университета, опубликованное 21 августа в журнале Cell, показывает, как небольшой фрагмент чужеродной ДНК распознаёт, когда и куда встроиться в генетический код бактерии. Это позволяет бактериям генетически адаптироваться к окружающей среде и развивать устойчивость к антибиотикам.
Работа сосредоточена на последовательностях ДНК под названием Tn7, которые относятся к категории генов, известных как транспозоны, или «прыгающие гены», за их способность перемещаться в ДНК. Tn7 содержит «грузовой отсек», к которому могут присоединиться до 50 генов, а затем встроиться в геном нового хозяина.
Хотя учёным давно известно, что «прыгающие гены» участвуют в формировании устойчивости к антибиотикам, это исследование объясняет, как именно Tn7 и родственные ему элементы передают генетическую информацию между бактериями по всему миру. Предыдущая работа тех же авторов в 2009 году показала, что Tn7 ответственен за распространение генов между разнообразными бактериями в таких разных средах, как почва, глубоководные гидротермальные источники, пищевые продукты и кислотные шахты.
Новое исследование описывает механизм, который, вероятно, используют многие транспозоны для внедрения новой генетической информации в живые организмы, включая мух, растения и, возможно, даже человека.
«Бактерии эволюционируют через массовый перенос генов», — сказал старший автор статьи Джозеф Питерс, доцент микробиологии Корнеллского университета. Ведущий автор — Адам Паркс, бывший аспирант лаборатории Питерса, а ныне научный сотрудник Национального института рака.
«Мы не представляли, что Tn7 имеет такой широкий охват. Я не знаю ни одного другого генетического элемента с таким же охватом, как у Tn7», — заявил Питерс.
В статье описывается, как устойчивость к антибиотикам передаётся от одной бактерии к другой. Оказалось, что Tn7, несущий гены устойчивости, распознаёт кольцо белков, называемых факторами процессивности. Это важнейшие белки, обнаруженные во всех живых организмах, которые являются частью аппарата репликации ДНК в клетках. Факторы процессивности окружают ДНК, как шайба на верёвке, и создают скользящую платформу, контролирующую репликацию — процесс копирования ДНК одной клетки для создания новой.
Распознавая и прикрепляясь к факторам процессивности во время репликации, Tn7 использует пробелы в ДНК клетки-хозяина и встраивает себя вместе со своим грузом генетической информации, изменяя генетический состав новой клетки. Таким образом, такие признаки, как устойчивость к антибиотикам, могут эффективно передаваться между бактериями. Поскольку факторы процессивности необходимы всем клеткам, Tn7 может перемещаться между очень разными типами бактерий.
Эта работа может объяснить, почему в предыдущих исследованиях факторов процессивности у других организмов также были обнаружены белки, связанные с «прыгающими генами», — находка, которая до сих пор оставалась загадкой.
«Если вы посмотрите на транспозоны, вы найдёте похожие белковые ферменты, которые связываются с факторами процессивности у других видов», — сказал Питерс. «Понимание того, как работает Tn7, даёт нам ключи к разгадке того, как генетическая информация может передаваться между живыми организмами в разных уголках мира».
Проблемы с факторами процессивности во время репликации также связаны с развитием рака. Исследователи предполагают, что результаты этой работы однажды могут привести к улучшению диагностики и лечения этого заболевания, отметил Питерс.
Предоставлено Корнеллским университетом