Учёные обнаружили перенос генетического материала между кровососущими насекомыми и млекопитающими
Исследователи из Техасского университета в Арлингтоне нашли первые убедительные доказательства горизонтального переноса ДНК — перемещения генетического материала между неродственными видами — от паразитических беспозвоночных к некоторым их позвоночным хозяевам. Результаты опубликованы в выпуске журнала Nature от 28 апреля.
Биолог по геномике Седрик Фешотт и постдоки Клеман Жильбер и Сара Шак обнаружили свидетельства горизонтального переноса транспозона от южноамериканского кровососущего клопа и прудовой улитки к их хозяевам. Транспозон — это сегмент ДНК, способный к самокопированию и перемещению в разные позиции внутри генома. Транспозоны могут вызывать мутации, менять количество ДНК в клетке и сильно влиять на структуру и функцию геномов, в которых они находятся.
«Поскольку эти клопы часто питаются кровью человека, можно предположить, что клопы и люди могли обмениваться ДНК через обнаруженный нами механизм. Чтобы обнаружить недавние переносы к людям, потребуется изучить популяции, подвергавшиеся воздействию этих клопов тысячи лет, например, коренное население Южной Америки», — сказал Фешотт.
Данные по насекомому и улитке дают веские доказательства ранее предполагаемой роли взаимодействий «хозяин–паразит» в облегчении горизонтального переноса генетического материала. Кроме того, большое количество ДНК, генерируемое горизонтально перенесёнными транспозонами, поддерживает идею, что обмен генетическим материалом между хозяевами и паразитами влияет на эволюцию их геномов.
«Это не бесспорное доказательство, но максимально к нему близкое», — сказал Фешотт.
Инфицированный кровососущий триатомовый клоп вызывает болезнь Шагаса, передавая трипаносомы (паразитические простейшие) своему хозяину. Исследователи обнаружили, что клоп делился ДНК транспозона с некоторыми хозяевами, а именно с опоссумом и беличьей обезьяной. Транспозоны, найденные в насекомом, на 98% идентичны таковым у его млекопитающих-хозяев.
Исследователи также идентифицировали представителей так называемых транспозонов «space invader» в геноме Lymnaea stagnalis (прудовой улитки), которая является промежуточным хозяином для трематод — паразитов широкого круга млекопитающих.
Согласно устоявшейся теории, млекопитающие получают гены вертикально, то есть передающимися от родителей к потомству. Бактерии получают гены как вертикально, так и горизонтально — от одной неродственной особи к другой или даже между разными видами. Такие латеральные переносы часты у бактерий и необходимы для быстрой адаптации к экологическим и физиологическим вызовам, например, к воздействию антибиотиков.
До недавнего времени не было известно, что горизонтальный перенос может двигать эволюцию сложных многоклеточных организмов, таких как млекопитающие. В 2008 году Фешотт и его коллеги опубликовали первые неоспоримые доказательства горизонтального переноса ДНК.
Миллионы лет назад транспозоны перескочили в сторону в геномы нескольких видов млекопитающих. Транспозон встроился в хромосомы половых клеток, что гарантировало его передачу будущим поколениям. Таким образом, части ДНК этих млекопитающих произошли не от их общих предков, а были приобретены латерально от другого вида.
Сам механизм, с помощью которого транспозоны могут распространяться между далёкими видами, оставался загадкой.
«Когда вы пытаетесь понять что-то, происходившее тысячи или миллионы лет назад, невозможно поставить лабораторный эксперимент, чтобы повторить то, что случилось в природе», — сказал Фешотт.
Вместо этого исследователи сделали открытие, используя компьютерные программы для сравнения распределения мобильных генетических элементов среди 102 животных, для которых на данный момент доступны полные последовательности геномов. Пол Дж. Бриндли из Медицинского центра Университета Джорджа Вашингтона предоставил ткани и ДНК, использованные для экспериментального подтверждения компьютерных предсказаний команды Фешотта.
Когда десять лет назад секвенировали геном человека, исследователи обнаружили, что почти половина его происходит от транспозонов, поэтому новое знание имеет важные последствия для понимания генетики человека и других млекопитающих.