Гибридные микробы: исследован перенос генома между разными штаммами бактерий

Бактерии интегрируют генетический материал от других штаммов бактерий легче, чем считалось ранее, что может приводить к повышению приспособленности и ускоренной эволюции. Это показано в недавнем исследовании биофизиков из Кёльнского университета. Команда проанализировала перенос генома между бактериями разных линий. Исследование опубликовано в журнале PNAS.

В эксперименте команда приводила один штамм бактерий в контакт с фрагментами ДНК другого штамма. Поглощение чужеродного генетического материала известно как горизонтальный перенос генов — в отличие от вертикального переноса, при котором гены наследуются от родительской клетки той же линии. Результаты показывают, что лабораторная эволюция посредством горизонтального переноса генов может быстро производить гибридные организмы разных линий с обширными геномными и функциональными изменениями. «Это немного похоже на скрещивание современных людей и неандертальцев», — говорит доктор Фернанда Пиньейру из Института биологической физики Кёльнского университета, автор исследования. Бактерии легко интегрировали чужеродную ДНК во многих участках генома. В течение 200 поколений исследовательская группа наблюдала обмен до 14% основных генов бактерии.

Горизонтальный перенос генов — важный фактор в эволюции бактерий, который может действовать через видовые границы. «Однако мы мало знаем о скорости и геномных мишенях межштаммового переноса генов. Также до сих пор мало известно о влиянии на физиологию и приспособленность организма-реципиента», — говорит Пиньейру. С научной точки зрения, гибридные существа, чьи родители принадлежат к разным видам, поднимают фундаментальные вопросы эволюционной биологии: какие комбинации признаков дают жизнеспособные организмы? Каковы пределы эволюционных процессов, когда в размножении участвует более одного вида? «Наше исследование вносит важный вклад здесь», — добавляет Пиньейру.

Является ли поглощение генов случайным или следует определённой схеме? Как наблюдали исследователи, некоторые функциональные единицы чужеродного генома импортировались неоднократно, и полученные гибридные бактерии имели более высокие скорости роста. «Это подразумевает, что межлинейный обмен генами очень эффективно движет эволюцией», — говорит Пиньейру. Интеграция чужеродных генов через горизонтальный перенос генов производит новые комбинации генов, но сохраняет основные структуры, делающие клетку жизнеспособной. Таким образом, исследование открывает новые перспективы для будущей работы: комбинировать эксперименты по эволюции переноса и методы синтетической биологии для конструирования функциональных инноваций.