Примитивные микробы воровали гены у бактерий в огромных масштабах

Исследователь из Университета Отаго в составе международной команды обнаружил, что горизонтальный перенос генов (HGT) сыграл неожиданно большую роль в эволюции примитивных микробов — архей.

HGT, при котором организм приобретает генетический материал от другого, неродственного организма, а не наследует его от прямого предка, сегодня наиболее известен своей ролью в развитии антибиотикорезистентности и использованием в технологиях генной модификации.

Результаты работы команды, опубликованные на этой неделе в престижном журнале Nature, показывают, что археи в многочисленных случаях заимствовали десятки, а иногда и сотни бактериальных генов. Это доказывает, что такой перенос генов является гораздо более важным механизмом микробной эволюции, чем считалось ранее.

Археи — одноклеточные микробы, обитающие в средах от кипящих гейзеров до человеческого пупка. Они представляют один из трёх доменов жизни, наряду с бактериями и эукариотами (организмами с клеточным ядром, такими как растения и животные).

Исследование возглавили доктор Шиджулал Нельсон-Сати и профессор Билл Мартин из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе в сотрудничестве с учёными из Кильского университета (Германия), Национального университета Ирландии и доцентом Дэвидом Брайантом из Отаго.

Команда использовала мощные компьютерные кластеры для изучения эволюционной истории генов у высших архей. Они сравнили 267 568 генов, кодирующих белки, из 134 секвенированных геномов архей с эквивалентными генами из 1 847 бактериальных геномов и установили их эволюционные связи.

Происхождение 13 групп высших архей неожиданно соответствовало 2 264 случаям приобретения специфичных для группы генов от бактерий.

Многие из заимствованных генов были связаны с метаболическими функциями. Например, несколько групп архей, чьи предки использовали неорганические соединения для получения энергии, получили возможность переключиться на органические соединения и, следовательно, жить в других средах.

Доктор Брайант из Департамента математики и статистики Отаго помог разработать новые статистические тесты для исследования.

«Эти результаты меняют баланс в наших представлениях об эволюции микробов. Мы знали об этих переносах генов уже некоторое время. Но мы не осознавали, что они ответственны за такую огромную часть микробной эволюции», — говорит он.