Биология

Борг - новая форма ДНК?


Биологи обнаружили ранее неизвестную структуру ДНК внутри микроорганизмов, потребляющих метан. Эта структура содержит гены хозяина, хотя и не является частью его генома.

Микробиолог Джиллиан Бэнфилд не ожидала того, что обнаружила, исследуя образцы грязи из болот на американском Западе. Во время поиска генетического материала бактериофагов - вирусов, убивающих бактерии, — исследовательница Калифорнийского университета в Беркли вместе со своими коллегами обнаружила очень странную ДНК. Она не принадлежала ни вирусу, ни бактерии, ни архею (одноклеточные организмы, составляющие одну из трех основных областей древа жизни, наряду с бактериями и эукариотами). Исследователи прозвали свое открытие "Борг", ссылаясь на вид инопланетян из научно-фантастического сериала "Звездный путь", способных ассимилировать отдельных людей в коллективное сознание. По сути, эта генетическая структура будет интегрировать гены из клетки-хозяина. Исследование было предварительно опубликовано на сайте biorxiv.org и еще не прошло рецензирование.

Большинство микроорганизмов обычно имеют одну или две небольшие хромосомы, которые содержат генетический материал, кодирующий все их основные функции. Некоторые также имеют "внехромосомную" ДНК, например, в виде плазмид (кольцевые молекулы ДНК, встречающиеся в основном у бактерий). Однако борги обладают уникальными характеристиками, которые затрудняют их классификацию. Эти молекулы представляют собой большие нити ДНК длиной от 600 000 до 1 миллиона пар оснований, что на треть превышает размер самой большой хромосомы микроорганизма-хозяина. В настоящее время исследователи не знают, экспрессируются ли гены, содержащиеся на этих нитях, и подавляющее большинство из них остаются неизвестными. Однако они установили, что эти нити ДНК содержатся в метанотрофных археях, относящихся к виду Methanoperedens - одноклеточных организмах, использующих метан в качестве источника энергии.

К сожалению, это только углубило тайну. Если борги обнаруживаются в клетке-хозяине, они не являются частью генома клетки-хозяина. Они линейны, тогда как архейные хромосомы циркулярны, и они больше, чем обычные внехромосомные нити ДНК, такие как плазмиды. Однако, и именно за это они получили свое название, борги, похоже, содержат гены своего хозяина. Более того, гены, отвечающие за метаболизм метана, структуру клеточной стенки и даже синтез рибосомального белка - который позволяет переводить мессенджерные РНК в белки - все эти важные функции обычно кодируются генами, которые не расположены вне хромосом!

Для Джиллиан Банфилд все эти удивительные свойства указывают на то, что борги - это совершенно новый тип генетического элемента, ранее неизвестный. Это может быть остаток древнего микроорганизма, ассимилированного этими археями, что привело к новой форме эндосимбиоза - процессу, аналогичному тому, который привел к появлению митохондрий в наших клетках. Однако нельзя исключать гипотезу о вирусной ДНК или новой форме плазмиды. Некоторые исследователи более осторожны и отдают предпочтение этому варианту, особенно в свете открытия около десяти лет назад гигантской линейной плазмиды, уникальной для бактерий Streptomyces. Более того, поскольку вырастить архею Methanoperedens в лаборатории пока невозможно, данная работа основана исключительно на генетических последовательностях, реконструированных по фрагментам ДНК из образцов ила. Поэтому, возможно, были допущены ошибки при сборке.

Потребуется дальнейший генетический анализ, а в идеале однажды удастся культивировать археи, несущие эту новую структуру. Между тем, Джиллиан Бэнфилд уже видит потенциальное экологическое применение такого открытия: поскольку Methanoperedens может "переваривать" метан, лучшее понимание генов, ответственных за эту способность, однажды может быть использовано для борьбы с загрязнением окружающей среды этим газом.

Подписывайтесь на нас
Back to top button