Мутантные гены могут ускорять генетический перенос между царствами организмов

Бактерии не размножаются половым путем, но это не мешает им обмениваться генетической информацией в процессе эволюции и адаптации. При конъюгации бактерия может соединиться с другой бактерией и передать ей ДНК и белки. Бактерии Escherichia coli (E. coli) способны передавать по крайней мере одну из таких плазмид, содержащих гены, организмам из других таксономических царств, включая грибы и протистов. Исследователи из Хиросимского университета получили лучшее представление об этом генетическом феномене, который потенциально может использоваться как инструмент для усиления желательных или подавления вредных признаков у различных генетических хозяев.

Результаты были опубликованы 20 мая в журнале Frontiers in Microbiology.

Плазмиды передаются от бактерии-донора к бактерии-реципиенту. Плазмида типа IncP1 может содержаться в различных бактериях и, по-видимому, благодаря этому широкому кругу хозяев, способна передавать ДНК реципиентам за пределами бактерий. Гипотеза состоит в том, что плазмида содержит гены, полученные от разных хозяев и доноров, что и приводит к этой уникальной способности.

"Хотя факторы конъюгации, кодируемые на плазмидах, были тщательно проанализированы, факторы на хромосоме донора изучены не были", — отметил автор статьи, доцент Казуки Моригути.

В этом исследовании ученые провели полногеномный скрининг обширной коллекции бактериальных мутантов в роли доноров для дрожжей. Мутанты были сконструированы с "нокаутированными" определенными генами, чтобы изучить, как система функционирует без них, что позволило сделать выводы о функции этих генов.

"Мы сосредоточились на 'up'-мутантах, которые обладают способностью ускорять конъюгативный перенос как к прокариотам, так и к эукариотам, поскольку они могут быть мощными донорными штаммами для инструментов введения генов", — пояснил Моригути.

Из 3884 исследованных мутантов были идентифицированы три, которые могли осуществлять конъюгацию между E. coli или от E. coli к дрожжам без накопления генетического материала, что указывало на совместную работу генов. Анализ не позволил выявить точную мишень или мишени в механизме конъюгации, обеспечивающем межцарственный перенос. Однако он показал, как, вероятно, работают эти гены.

Два гена подавляют неизвестную мишень в доноре E. coli. Одновременно третий ген инактивируется, что позволяет возобновить активность другой неизвестной мишени.

"Результаты предполагают, что неизвестные мишеневые факторы этих трех генов образуют комплекс, чтобы активировать или подавлять конъюгацию, либо напрямую, либо косвенно, на одном и том же этапе или этапах работы аппарата конъюгации IncP1", — сказал Моригути.

Собранные в этом исследовании данные могут помочь в выведении донорных штаммов из различных бактерий, каждый из которых будет обладать высокой аффинностью к целевым организмам в дополнение к высокой конъюгационной способности.