Горизонтальный перенос генов – основной фактор эволюции прокариот

Небольшой кластер грамположительных бета-гемолитических стрептококков группы С. (Credit: Janice Haney Carr, CDC)

Ученые Университета Мэриленда (University of Maryland) и Института Пастера (Institut Pasteur) доказали, что бактерии развивают новые свойства, такие как резистентность к антибиотикам, преимущественно за счет «присвоения» генов других бактерий.

Новый взгляд исследователей на эволюцию бактерий частично противоречит широко распространенной теории, что у бактерий и других микроорганизмов новые биологические функции развиваются, главным образом, за счет процесса дупликации в отдельно взятом организме. Исследование опубликовано в журнале с открытым доступом PLoS Genetics.

Микробы живут и процветают в невероятно разнообразных и суровых условиях, от кипящей или замерзающей воды до иммунной системы человека. Эта замечательная способность к адаптации происходит из их способности быстро модифицировать набор функций своих белков, приобретая, теряя или изменяя гены. Как известно, микробы модифицируют свои гены двумя способами: посредством процесса дупликации с последующей медленной функциональной специализацией, так же, как это происходит у больших многоклеточных организмов, и путем получения различных генов непосредственно от других микроорганизмов. Последнему процессу, известному как горизонтальный перенос генов, принадлежит «заслуга» распространения резистентности к антибиотикам. Устойчивые к лекарственным препаратам бактерии, так называемые «супербаги», например, печально известный MRSA (метициллин-резистентный Staphylococcus aureus) – серьезная проблема общественного здравоохранения.

Чтобы выяснить, какой из двух способов – дупликация или горизонтальный перенос – является наиболее распространенным, ученые изучили большую базу данных геномов микробов, включавшую некоторые наиболее вирулентные патогены человека. Их работа показала, что расширение семейств генов действительно может идти обоими путями, но, в отличие от многоклеточных организмов, у микробов преобладает горизонтальный перенос.

Первый автор статьи Тодд Тринген (Todd Treangen), научный сотрудник Центра биоинформатики и вычислительной биологии (Center for Bioinformatics and Computational Biology) Университета Мэриленда, и его соавтор Эдуардо Рока (Eduardo P. C. Rocha) из Института Пастера пришли к заключению, что, так как у микробов наблюдается большинство биохимических приспособлений (от дыхания до фотосинтеза) и огромное разнообразие форм, изучение эволюции биологических систем безусловно указывает на преобладающую роль горизонтального переноса генов в диверсификации белковых семейств у прокариот.

По материалам

Gene 'Relocation' Key to Most Evolutionary Change in Bacteria

Статья Horizontal Transfer, Not Duplication, Drives the Expansion of Protein Families in Prokaryotes

© «Горизонтальный перенос генов – основной фактор эволюции прокариот». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на сайт LifeSciencesToday.