|
Инженеры открыли новый механизм переноса генов
|
|
|
|
Если вы все еще помните фразу «Дорогой король Филипп пришел за хорошими спагетти», вы, вероятно, также вспомните соответствующие таксономические ранги биологии: домен, царство, тип, класс, отряд, семейство, род и вид. Домены включают прокариоты, одноклеточные организмы, такие как бактерии и археи, и эукариоты, к которым относятся грибы, растения и животные. Эукариоты подвергаются эволюции, когда мутации передаются от родителей к потомкам, что известно как вертикальный перенос генов. Для прокариот эволюция может происходить посредством горизонтального переноса генов (сокращенно HGT), при котором генетическая информация напрямую передается между бактериями. Этот процесс позволяет отдельным организмам и даже целым видам быстро получать новые гены, в том числе потенциально опасные, например те, которые придают устойчивость к антибиотикам.
|
|
|
|
В Университете штата Делавэр, в лаборатории Элефтериоса «Терри» Папуцакиса, профессора кафедры Unidel Eugene du Pont инженерного колледжа, факультета химической и биомолекулярной инженерии, факультета биологических наук и Института биотехнологии штата Делавэр, исследователи недавно обнаружили новый Механизм, с помощью которого HGT может возникать у бактерий. Результаты этого исследования, проведенного выпускником докторантуры Камилом Чарубиным и докторантом Джоном Хиллом, расширяют современное понимание эволюции и стратегий выживания сложных микробиомов, что имеет последствия для самых разных областей - от экологии до биотехнологии и медицины. Исследование было опубликовано в mBio.
|
|
|
Исследование для последней статьи группы началось после того, как Чарубин заметил, что два вида бактерий (Clostridium acetobutylicum и C. ljungdahlii) обмениваются питательными веществами, метаболитами и клеточным материалом с высокой скоростью, когда они находятся в непосредственной близости друг от друга. Они обнаружили, что клетки используют механизм, называемый гетерологичным слиянием клеток, для переноса материалов, и хотели посмотреть, могут ли бактерии также передавать генетическую информацию посредством этого механизма. «Это было не просто несколько белков, а фактически охватывало большую часть материалов цитоплазмы», — сказал Хилл. «Эти результаты побудили нас определить, можно ли также обмениваться генетическим материалом, включая плазмиды».
|
|
|
|
Чтобы проверить, происходит ли перенос генов при тесном контакте бактериальных клеток, Хилл адаптировал лабораторные методы группы, чтобы они могли отслеживать движение генома бактерий и плазмид (круглых фрагментов ДНК, используемых бактериями, которые отделены от их генома). . Исследователи также использовали методы селективного субкультивирования, изолируя клетки C. acetobutylicum после того, как они взяли плазмиды из C. ljungdahlii, а затем подтвердили перенос генов, используя данные секвенирования одной молекулы PacBio в реальном времени (SMRT). Результаты этого исследования показывают, что два вида Clostridium действительно могут обмениваться генетической информацией посредством слияния гетерологичных клеток - механизма HGT, "который ранее не рассматривался и не наблюдался", - сказал Папуцакис. «Благодаря слиянию гетерологичных клеток мы обнаружили, что между микробами происходит обмен ДНК и что полученные гибридные клетки содержат большое количество геномной ДНК обоих организмов».
|
|
|
|
Исследователи заявили, что последняя работа группы дает новое понимание процессов и движущих сил эволюции бактерий. «Мы знаем, что микробная жизнь развивалась в естественных сообществах, и если существует большое количество межвидовых взаимодействий, включая обмен генами, это раскроет еще один аспект микробной эволюции», — сказал Хилл. «Эти результаты могут означать, что микробы не развиваются независимо друг от друга, а, скорее, существует множество эволюционных траекторий в локальной среде, которые мотивируются различными внешними факторами, включая HGT». Папуцакис добавил, что это исследование может также иметь значение и в других областях, особенно если это еще один способ, с помощью которого бактерии могут передавать друг другу такие свойства, как устойчивость к антибиотикам. «В естественных микробиомах, например, в окружающей среде или кишечнике человека, между микробами гораздо больше сложности и взаимодействия», — сказал Папуцакис. «Такой механизм HGT действительно может иметь важные физиологические и медицинские последствия».
|
|
|
|
Источник
|
