Бактерии в океане эволюционируют в 1000 раз быстрее

В океане гены передаются между бактериями с неожиданной легкостью благодаря похожим на вирусы частицам, которые переносят гены от одного вида к другому. Эти частицы, названные агентами переноса генов...

В океане гены передаются между бактериями с неожиданной легкостью благодаря похожим на вирусы частицам, которые переносят гены от одного вида к другому. Эти частицы, названные агентами переноса генов (gene-transfer agents (GTA)), вводят новые ДНК в геномы бактерий так часто, что обмен генами в океане, как оказалось, может происходить от тысячи до 100 млн раз быстрее, чем это считалось ранее. Таким образом, GTA играют весьма важную роль в эволюции бактерий.

"Мы догадывались, что бактерии обмениваются генами, но до сих пор никто не мог понять, при помощи какого механизма это происходит", - комментирует Джон Поль (John Paul), микробиолог Университета Южной Флориды, автор исследования, наконец-то открывший этот механизм.

GTA, которые прячут копии кусочков генома своего хозяина внутри белковой оболочки, находятся в геномах бактерий. Покидая своего хозяина, они уносят с собой частицу генома. До сих пор никто не занимался их пристальным изучением.

Ген, дающий устойчивость к антибиотику, быстро распространился среди различных видов бактерий внутри контейнеров с морской водой

Команда Поля создала GTA, содержащие ген, который делает бактерии устойчивыми к антибиотику канамицину. Канамицин был выбран исследователями за простоту проверки устойчивости к нему: достаточно просто воздействовать препаратом на бактерии и смотреть, сколько из них выживет. Исследователи запечатали модифицированные GTA в контейнеры, наполненные морской водой, собранной в различных прибрежных зонах, и отпустили их в океан, чтобы приблизить условия эксперимента к естественным, насколько это возможно. После инкубационного периода длиною в ночь, до 47% бактерий разных видов в контейнерах включили GTA и кусочки генома, которые в них содержались, в свои ДНК. Похоже, что единственная функция GTA заключается в переносе генов.

Горизонтальный перенос, при котором гены переносятся между организмами, а не передаются от предков к потомкам, помогает объяснить скорость, с которой бактерии адаптируются к изменениям окружающей среды и могут быстро приобретать устойчивость к антибиотикам. Если одна бактерия имеет полезный ген, он может передаваться другим бактериям и способствовать выживанию своих носителей.

Горизонтальный перенос генов также может происходить при прямом контакте клеток, при помощи молекул ДНК, называемых плазмидами, или бактериофагов, которые убивают своего хозяина. GTA похожи на бактериофаги, однако не причиняют своим хозяевам вреда, и, похоже, эффективно переносят гены между бактериями разных видов.

В описываемом эксперименте ученые нашли точные копии гена, дающего устойчивость к канамицину, "привитого" подопытным GTA, что маловероятно, если бы обмен генами осуществлялся каким-нибудь другим способом.