Новое исследование объясняет, почему одни микробные гены более «распутны», чем другие

Исследование более трёх десятков видов бактерий — включая возбудителей пневмонии, менингита, язвы желудка и чумы — разрешило давние споры о том, почему бактерии чаще «воруют» одни гены, чем другие.

В то время как большинство организмов получают гены от родителей, бактерии и другие одноклеточные существа также регулярно захватывают гены у более дальних родственников. Эта способность «красть» фрагменты ДНК у других видов — известная как латеральный (горизонтальный) перенос генов — ответственна за быстрое распространение лекарственной устойчивости среди болезнетворных бактерий.

Учёные выдвигали несколько теорий, чтобы объяснить, почему одни гены с большей вероятностью перепрыгивают в другие геномы. Одна из них предполагает, что это зависит от функции гена в клетке. Гены, участвующие в основных функциях, такие как трансляция РНК в белок, гораздо реже совершают такой прыжок.

Другие исследования предполагают, что важна не функция гена, а то, с каким количеством белков он взаимодействует — сеть, которую исследователи называют «интерактомом». Например, гены, участвующие в транскрипции и трансляции, должны работать в согласии со многими партнёрами.

Чтобы выяснить, какой фактор важнее — функция гена или степень его связанности, — исследователи искали свидетельства переноса генов у более чем трёх десятков видов бактерий, включая ряд патогенов, вызывающих болезни у людей.

Когда они сравнили белки со схожей степенью связанности, важность функции гена исчезла. «Причина, по которой одни белки редко приобретаются, заключается в том, насколько они связаны, а не в их функции», — сказал соавтор Ури Гофна из Тель-Авивского университета.

Гены, белковые продукты которых для выполнения своей работы полагаются на многих партнёров, с меньшей вероятностью будут правильно работать в новом хозяине. Перенос высокосвязанного гена в новый организм подобен импорту факсимильного аппарата в удалённую деревню. «Хотя сам аппарат потенциально полезен, для работы ему требуется ряд дополнительных связей — электричество, телефонная линия, запас бумаги, возможно, техник. Если чего-то одного не хватает, аппарат становится бесполезным и превращается в хлам».

Бактерии с большей вероятностью усваивают «одиночные» гены, чем хорошо связанные. «Если представить клетку как машину, гораздо сложнее заменить её центр, чем некоторые аксессуары», — добавил соавтор Тал Пупко.

Учёные описывают свои выводы в апрельском выпуске журнала Molecular Biology and Evolution за 2011 год.