Полный геном одного биологического вида найден вдругом
Учёные из университета Рочестера (University of Rochester) и института Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute — JCVI) обнаружили в геноме плодовой мушки (Drosophila ananassae) полную копию генома бактерии-паразита Wolbachia.
Бактерия вольбахия проживает в цитоплазме клеток хозяина и известна тем, что научилась тонко регулировать размножение, развитие и даже эволюцию своих хозяев. Поэтому её часто называют «микробом-манипулятором» или «повелителем мух» (так как проживает она в клетках насекомых).
«Сначала мне это показалось просто невозможным, — говорит Джек Уэррен (Jack Werren), профессор биологии из университета Рочестера, руководивший исследованием. — Этот паразит „обжился“ в клетках почти 70% беспозвоночных Земли. А сейчас мы нашли, по крайней мере, один биологический вид, в котором весь или почти весь геном бактерии встроился в геном хозяина, то есть геном хозяина содержит закодированную информацию о двух совершенно разных видах».
Исследование началось с того, что Джули Даннинг-Хотопп (Julie Dunning-Hotopp) из JCVI обнаружила, как некоторые гены вольбахии «кооперируются» с генами дрозофилы, будто они являются частями одного генома.
Майкл Кларк (Michael Clark) – научный сотрудник университета Рочестера — поселил колонию Drosophila ananassae в лаборатории, чтобы вместе с Уэрреном понять, в чём секрет.
Ген вольбахии в геноме дрозофилы (иллюстрация University of Rochester).
Чтобы удалить геном паразита из клеток дрозофилы, Кларк попробовал «вылечить» мушек самым простым антибиотиком, убивающим вольбахию. Каково же было его удивление, когда во время повторных тестов ДНК он снова обнаружил её гены.
«В течение нескольких месяцев, я думал, что в чём-то ошибаюсь, — говорит Кларк, — я даже предположил, что выработалась устойчивость к антибиотику, ведь каждый ген вольбахии я обнаруживал вновь и вновь. Когда же я, наконец, взял ткани, которые оставил в покое несколько месяцев назад, то саму вольбахию не обнаружил».
Но, несмотря на то что Кларк избавил дрозофилу от паразита, геном её по-прежнему сохранил гены «повелителя мух». Затем Кларк обнаружил, что гены вольбахии наследуются, как и «нормальные» гены мушки.
В свою очередь Даннинг-Хотопп показала, что некоторые гены передаются и незаражённым особям, а это может означать, что бактериальные белки по-прежнему синтезируются.
Уэррен предполагает, что паразитарные гены могли бы встроиться в ДНК хозяина не намеренно. Вполне возможно, что обрывки ДНК вольбахии могли попасть в ядро клетки, где вошли в состав «основной» ДНК.
Но как стала возможной интеграция полного генома, пока не ясно.
Сейчас Уэррен и Кларк пытаются понять, в чём преимущество встраивания такого большого куска ДНК для дрозофилы — возможно, «чужие» гены предоставляют хозяину какие-то новые возможности.
А так гены вольбахии переходят в ДНК хозяина (иллюстрация Nicolle Rager Fuller, National Science).
Результаты проведённого исследования опубликованы в статье в журнале Science. В ней авторы предполагают, что горизонтальная передача генов (передача генов между видами, не являющимися родственными) происходит между бактериями и многоклеточными организмами в нашем мире значительно чаще, чем предполагалось ранее.
Предыдущие исследования выявляли случаи передачи генов паразита хозяину, однако они рассматривались как аномальные. Например, ДНК какой-нибудь бактерии, найденная в геноме нематод, могла быть исключена из генома, так как генетики предполагали, что виной всему загрязнение образцов.
Данное исследование должно изменить взгляд учёных на подобные явления.
Расшифровка молекулярно-генетических механизмов манипуляций, осуществляемых вольбахией со своими хозяевами, даст человеку мощные новые средства воздействия на живые организмы и природу в целом.
Впрочем, не все насекомые подвержены плохому влиянию вольбахии. Например, бабочки с островов Самоа научились защищать своих самцов.
Интересно, научатся ли бороться с нею малярийные комары, которых хотят заразить этой бактерией?
Читайте также о том, как в клетках растения гинкго обнаружили «остатки» клеток водорослей.
Кстати, совсем недавно специалистами из JCVI была проведена первая трансплантация всего генома между видами.
Genetic Engineering Will Change Everything Forever – CRISPR
