В почвах и воде США обнаружены загадочные ДНК-борги
Биологи Калифорнийского университета в Беркли обнаружили в археях ранее неизвестные генетические элементы, названные боргами в честь вымышленной расы киборгов из сериала «Звездный путь». Подобно своим прототипам, ассимилирующим других живых существ, эти элементы заимствуют чужие гены.Nature: в поглощающих метан организмах обнаружили ДНК-элементы, ассимилирующие гены
Фото: Heiko Rebsch / Globallookpress.com
Биологи Калифорнийского университета в Беркли обнаружили в археях ранее неизвестные генетические элементы, названные боргами в честь вымышленной расы киборгов из сериала «Звездный путь». Подобно своим прототипам, ассимилирующим другие живые существа, эти элементы заимствуют чужие гены, модифицируя метаболизм микроорганизмов-носителей. Статья, подробно рассказывающая об открытии, опубликована в журнале Nature.
Ученые провели метагеномный анализ почв водно-болотных угодий в Калифорнии и штате Колорадо, в ходе которого изучался генетический материал, выделенный из окружающей среды. Была реконструирована ДНК четырех загадочных генетических элементов, длина которых варьировалась от 661 до 918 миллионов пар оснований. Их характерной чертой являлись 25-54 области, которые состояли из идеальных тандемных повторов — совпадающих последовательностей, следующих друг за другом. Эти области располагались как внутри генов, так и между ними. Хотя многие гены являются новыми, около 21 процента соответствуют белкам архей, причем самая большая группа — белкам метанотрофных архей Methanoperedens spp.
В то же время обнаруженные генетические элементы не являются частями геномов ни самих Methanoperedens, ни других архей. В них отсутствуют почти все гены, обнаруженные единичными копиями в геномах архей, что делает их внехромосомными элементами. Их нельзя однозначно отнести ни к вирусным последовательностям, ни к плазмидам (кольцевой ДНК архей и бактерий), ни к мини-хромосомам. Тем не менее часть генов были получены путем горизонтального переноса от Methanoperedens, и ученые классифицировали их как новый тип внехромосомных элементов — борги.
Исследователи провели поиск дополнительных боргов в наборах метагеномных данных из самых разных сред. Из почв водно-болотных угодий было выделено еще 11 боргов, а остальные — из водоносного горизонта Райфл, мелководья русла реки Ист-Ривер (штат Колорадо) и заброшенного ртутного рудника Корона в Калифорнии — еще четыре. Всего было выявлено 19 боргов, каждому из которых было присвоено цветовое обозначение. Интересно, что в некоторых образцах борги не встречались, несмотря на обилие ДНК архей Methanoperedens.
В боргах были обнаружены гены, кодирующие метил-КоМ редуктазу — ключевой фермент пути окисления метана, необходимого для поддержания метаболизма Methanoperedens. Этот белок, а также подобные ему, могли распространяться боргами по различным эволюционным линиям архей, давая им способность поглощать метан в больших количествах. Борги также несут в себе многочисленные мутантные варианты метаболических генов Methanoperedens, которые воспроизводят белки, обладающие иными биофизическими и биохимическими свойствами, чем их оригиналы. Тем самым борги могут аугментировать клетки архей, изменяя их метаболизм или влияя на адаптацию к окружающей среде.
