Горизонтальный перенос генов может «нарушать» правила эволюции
Ученые из Университета Монаша впервые экспериментально показали, что горизонтальный перенос генов (HGT) позволяет генам, не дающим немедленного преимущества, распространяться в популяции, подготавливая её к будущим вызовам, таким как воздействие антибиотиков.
Ключевое открытие
- Традиционный взгляд: В эволюции доминирует концепция вертикального перроса генов (VGT) — от родителя к потомству. Считалось, что в популяции закрепляются только гены, дающие пользу «здесь и сейчас».
- Новое понимание: HGT — передача ДНК не от родителя к потомству — может «нарушать» это правило. Гены, например, устойчивости к антибиотикам, могут распространяться даже в отсутствие прямого давления отбора (антибиотиков).
Эксперимент и результаты
Исследователи во главе с доктором Майком Макдональдом и аспиранткой Лорой Вудс (PNAS) провели эксперимент по эволюции:
- Чувствительные к антибиотикам бактерии выращивали в среде без антибиотиков.
- Этим бактериям позволяли получать HGT от устойчивых к антибиотикам бактерий.
- С помощью полногеномного секвенирования подтвердили распространение генов устойчивости даже без отбора.
- При последующей обработке высокими концентрациями антибиотика:
- Популяции, получившие HGT, выжили.
- Контрольные популяции (без HGT) — не выжили.
Значение и последствия
- Механизм быстрой эволюции устойчивости: Гены устойчивости могут сохраняться в популяции на низком уровне, готовя её к будущей встрече с антибиотиком. Это объясняет, почему устойчивость так быстро развивается в больницах.
- Противодействие естественному отбору: Если HGT переносит достаточно копий гена в популяцию, он может создавать силу, противостоящую естественному отбору, и позволять распространяться генам, не дающим сиюминутной пользы.
- Объяснение клинических наблюдений: Это открытие помогает понять, почему у пациентов могут сохраняться устойчивые бактерии долгое время после окончания курса антибиотиков и почему бактерии быстро развивают устойчивость, даже не сталкиваясь с антибиотиком ранее.