Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями

Межвидовой обмен генами, или горизонтальный перенос (lateral gene transfer), широко распространен в мире прокариот (бактерий и архей).
Яйцо осы Trichogramma kaykai с множеством бактерий Wolbachia (ярко окрашенные точки). Вольбахии концентрируются в удлиненном кончике яйца, из которого впоследствии разовьются органы размножения осы. Бактерии попадут в репродуктивные органы, затем — в яйцеклетки, обеспечив себе гарантированный переход в следующее поколение насекомых-хозяев. Фото с сайта www.nsf.gov
Яйцо осы Trichogramma kaykai с множеством бактерий Wolbachia (ярко окрашенные точки). Вольбахии концентрируются в удлиненном кончике яйца, из которого впоследствии разовьются органы размножения осы. Бактерии попадут в репродуктивные органы, затем — в яйцеклетки, обеспечив себе гарантированный переход в следующее поколение насекомых-хозяев. Фото с сайта www.nsf.gov
Считалось, что для высших организмов, особенно многоклеточных животных и растений, межвидовой обмен генами не характерен и встречается лишь как редкая аномалия. Вопреки этим представлениям оказалось, что гены и даже целые геномы паразитических бактерий иногда могут вставляться в хромосомы животных-хозяев.

В геномах 4 видов насекомых и 4 видов круглых червей обнаружены фрагменты генома внутриклеточной бактерии Wolbachia, причем в ряде случаев геном бактерии оказался вставлен в геном хозяина практически целиком. Инкорпорация бактериальной ДНК может быть одним из способов приобретения новых генов и признаков в эволюции высших организмов.

Вольбахия — паразитическая бактерия, обитающая в клетках многих наземных и пресноводных беспозвоночных (членистоногих и круглых червей филярий). Вольбахию называют микробом-манипулятором, потому что она научилась при помощи специальных регуляторных белков управлять размножением и развитием своим хозяев.

Например, она умеет превращать самцов в самок, избирательно убивать зародышей мужского пола, повышать плодовитость зараженных самок и даже делать бесплодными самок, которые ею не заражены (о том, как ей это удается, можно прочесть в популярных статьях, ссылки на которые приведены ниже).

Вольбахия паразитирует в клетках беспозвоночных уже более 100 миллионов лет, да и ее предки — бактерии из группы риккетсиевых — тоже были внутриклеточными паразитами. За это время вольбахия и ее хозяева успели приспособиться друг к другу. В ряде случаев вольбахия даже повышает жизнеспособность своих хозяев, то есть выступает в роли полезного симбионта. При таком долгом и тесном сожительстве было бы даже странно, если бы какие-то фрагменты генома вольбахии время от времени не попадали в ядра клеток хозяина и не включались бы в хозяйский геном. Однако до сих пор доказать это никому не удавалось.

Довольно часто в ходе выполнения проектов по прочтению геномов высших организмов (особенно насекомых) исследователи натыкались на фрагменты бактериальных последовательностей ДНК, но это обычно интерпретировалось как результат загрязнения: предполагали, что при выделении ДНК из клеток исследуемого организма в пробы попало небольшое количество бактериальной ДНК. И соответствующие участки ДНК просто не учитывались при «сборке» генома из прочтенных фрагментов.

Большая группа ученых из различных научных учреждений США предприняла широкомасштабный анализ таких «загрязнений» с целью найти реальные случаи переноса генов вольбахии в геномы животных-хозяев. Ученые выделяли ДНК из разных видов насекомых и филярий, а также анализировали накопленные в Генбанке данные по нуклеотидным последовательностям различных беспозвоночных.

Следует отметить, что многие прочтенные «вчерне» геномы до сих пор не подвергались процедуре окончательной сборки; они хранятся в компьютерных базах в виде набора разрозненных, частично перекрывающихся обрывков разной длины. Если перенос генов от внутриклеточных бактерий к хозяевам действительно имеет место, среди этих обрывков могут обнаружиться такие куски ДНК, которые содержат одновременно и эукариотические, и бактериальные участки. Именно такие обрывки и интересовали исследователей.

А — вольбахии (окрашены желтым) в яичнике мухи D.ananassae до лечения антибиотиком; B — после лечения бактерии отсутствуют. Фото из дополнительных материалов к статье в Science
А — вольбахии (окрашены желтым) в яичнике мухи D.ananassae до лечения антибиотиком; B — после лечения бактерии отсутствуют. Фото из дополнительных материалов к статье в Science
В результате для четырех видов насекомых и четырех видов филярий удалось получить бесспорные доказательства внедрения генов вольбахии в геном хозяина; еще у трех видов это можно предполагать с большой долей вероятности.

Наибольшее внимание авторы уделили тропической плодовой мушке Drosophila ananassae, потому что в геноме некоторых представителей этого вида обнаружились полные или почти полные копии генома вольбахии. Получается, что в ядрах клеток этих мушек содержится полная генетическая информация сразу о двух разных организмах!

Для проверки этого результата ученые провели целый ряд специальных тестов. Мушек вылечили от вольбахии антибиотиком и убедились, что лечение привело к полному исчезновению внутриклеточных паразитов (см. рис.). Из вылеченных мух снова выделили ДНК. Оказалось, что полный набор генов вольбахии по-прежнему присутствует в пробах.

Затем проверили наследуемость этих генов по мужской линии. Дело в том, что вольбахия, как и другие цитоплазматические бактерии (и как митохондрии) передается потомству только по материнской линии, вместе с цитоплазмой яйцеклетки. В сперматозоиды вольбахия не проникает — они для этого слишком малы.

Поэтому потомство зараженной самки всегда оказывается зараженным, потомство здоровой — здоровым, а от отца это не зависит. Однако если геном вольбахии действительно встроился в геном хозяина, то он должен передаваться по отцовской линии точно так же, как и по материнской, — вместе с ядерными хромосомами.

Чтобы проверить это, скрестили вылеченных самцов D.ananassae, в хромосомы которых встроился геном вольбахии, со здоровыми самками, в геноме которых гены вольбахии отсутствовали. В ДНК потомства обнаружились гены вольбахии, что и стало решающим доказательством горизонтального переноса генов от паразита к хозяину.

Авторы также показали, что многие гены, заимствованные мухой у бактерии, активно работают (то есть транскрибируются, «считываются»). Это доказывается наличием в клетках насекомых, вылеченных от вольбахии, но имеющих ее гены в своем геноме, соответствующих молекул РНК. Таким образом, насекомое может использовать гены, полученные от бактерии, для синтеза белков (хотя сами бактериальные белки из этих клеток выделены не были — это довольно сложно технически).

Полученные результаты показывают, что межвидовой обмен генами может играть более существенную роль в эволюции животных, чем считалось ранее. Источниками нового генетического материала для животных могут служить не только вирусы и транспозоны, что было известно и ранее, но и бактерии.

Впрочем, пока трудно сказать, насколько широк спектр бактерий, гены которых могут быть заимствованы животными. Ведь вольбахия — микроб во многих отношениях уникальный. Геном вольбахии, несмотря на свой малый размер, содержит огромное количество всевозможных мобильных элементов и повторов, что, по-видимому, придает ему повышенную пластичность. Не исключено, что эта особенность облегчает его встраивание в хромосомы хозяев.

   
автор: Александр Марков
Кроме того...
Открыто экзотическое состояние воды: ни лёд, ни газ, ни жидкость
В так называемом суперионном фазовом состоянии...
Аппарат для снятия ЭКГ
Все кардиологи мира до сих пор пользуются разработкой Вильяма Эйндховена, которую он сконструировал в Лейденском госпитале еще в 1908 году, ничего...
Закон неотвратимости
В древних египетских «Текстах пирамид» повествуется о временах, «когда небо еще не возникло, когда люди еще не возникли, когда смерть еще не...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
IBM открыла возможность хранения информации в атомах
IBM открыла возможность хранения информации в атомах IBM открыла возможность хранения информации в атомах
Корпорация IBM сообщила о двух важных достижениях в сфере нанотехнологий, которые в отдаленном будущем могут привести к появлению новых электронных устройств
Батарея-вафля спасет человечество от выхлопных газов
Батарея-вафля спасет человечество от выхлопных газов Батарея-вафля спасет человечество от выхлопных газов
Представьте ситуацию, когда вы подъезжаете на своем автомобиле к заправке, втыкаете к зарядному устройству провод минут на пять и после этого спокойно преодолеваете расстояние в 800 км. Считаете, что это фантастикой
Вода в нанотрубках похожа на ДНК
Вода в нанотрубках похожа на ДНК Вода в нанотрубках похожа на ДНК
Если поместить обычную воду внутрь нанотрубок, то при определённых условиях её молекулы выстроятся таким образом, что будут напоминать спирали молекулы ДНК
Появился переводчик с английского на древнейшие языки
Появился переводчик с английского на древнейшие языки Появился переводчик с английского на древнейшие языки
Ученые из Университета передовых технологий (УПТ) создали необычную систему электронного перевода - переводчик позволяет преобразовывать слова и фразы на английском языке в египетские иероглифы и клинопись
Внешний винчестер для "мусора" – чем не корзина
Внешний винчестер для "мусора" – чем не корзина Внешний винчестер для
Дизайнер Франко Кагнина из компании "Intech" придумал достаточно оригинальную концепцию внешнего винчестера, предназначенного целиком и полностью для удаляемых компьютерных файлов
В Книгу рекордов Гиннесса попадут сразу три корейских телефона
В Книгу рекордов Гиннесса попадут сразу три корейских телефона В Книгу рекордов Гиннесса попадут сразу три корейских телефона
В новый выпуск Книги рекордов Гиннесса за 2008 год попадут сразу три мобильных телефона Samsung
Придуман ракетный ранец на воде
Придуман ракетный ранец на воде Придуман ракетный ранец на воде
Изобретатель Ли Рэймонд (Li Raymond) получил патент на весьма оригинальное "персональное движительное устройство", а попросту — ракетный ранец, в котором в качестве рабочего тела применена обычная вода
Плеер iPod получил мультиконтактный экран и браузер
Плеер iPod получил мультиконтактный экран и браузер Плеер iPod получил мультиконтактный экран и браузер
Компания Apple продолжает удивлять новинками. В январе она выпустила на рынок феноменальный iPhone, управляемый с контактного экрана, а теперь расширила свою линейку плееров, продемонстрировав яркий iPod touch
"Протон" упал из-за отказа рулевых машин
"Протон" упал из-за отказа рулевых машин
Ракета-носитель "Протон-М" упала из-за отказа рулевых машин, которые управляли вектором тяги, сообщает РИА Новости со ссылкой на председателя национального аэрокосмического агентства Казахстана Талгата Мусабаева
Ученые предложили новую теорию обрушения астероидов на Землю
Ученые предложили новую теорию обрушения астероидов на Землю Ученые предложили новую теорию обрушения астероидов на Землю
Огромное по силе космическое столкновение, произошедшее около 160 млн лет назад в Солнечной системе в районе современного пояса астероидов привело к образованию нескольких крупных и быстро движущихся объектов
Чёрные отверстия в Марсе могут оказаться лишь ямами
Чёрные отверстия в Марсе могут оказаться лишь ямами Чёрные отверстия в Марсе могут оказаться лишь ямами
Глубокие отверстия в марсианской поверхности не обязательно ведут в обширные пещеры. К такому выводу пришли учёные проанализировавшие свежие кадры, переданные с орбиты Марса аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter
Британским ученым разрешили скрещивать человека и животных
Британским ученым разрешили скрещивать человека и животных Британским ученым разрешили скрещивать человека и животных
Британские регуляторы дали добро на создание гибридных эмбрионов человека и животных и использования их для исследований. Однако ученым, которые пожелают проводить опыты с использованием гибридных эмбрионов
Возможно, дезодоранты вызывают рак груди
Возможно, дезодоранты вызывают рак груди Возможно, дезодоранты вызывают рак груди
Ученым стало известно, что есть вероятность связи между использованием дезодорантов и возникновением рака груди
Впервые выявлен ген человеческого роста
Впервые выявлен ген человеческого роста Впервые выявлен ген человеческого роста
Команда специалистов из США, Великобритании, Швеции и Финляндии впервые определила один из генов, отвечающих за человеческий рост
Гипноз отправит наркоз на свалку истории
Гипноз отправит наркоз на свалку истории Гипноз отправит наркоз на свалку истории
О чудодейственных свойствах гипноза известно давно, тем не менее многие ученые отказываются признавать этот факт, называя гипнотизеров обычными шарлатанами. Однако исследование
Сокращение вредных выбросов пока не привело к уменьшению озоновой дыры
Сокращение вредных выбросов пока не привело к уменьшению озоновой дыры Сокращение вредных выбросов пока не привело к уменьшению озоновой дыры
Озоновый слой по-прежнему истончается, площадь озоновой дыры в районе Антарктиды по состоянию на сентябрь 2006 года составляла почти 29,3 миллиона квадратных километров
Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями
Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями
Межвидовой обмен генами, или горизонтальный перенос (lateral gene transfer), широко распространен в мире прокариот (бактерий и архей)
Археологи на Чукотке обнаружили следы пребывания праэскимосов
Археологи на Чукотке обнаружили следы пребывания праэскимосов Археологи на Чукотке обнаружили следы пребывания праэскимосов
Уникальная находка была обнаружена в Провиденском районе недалеко от села Сиреники. Археологи нашли следы пребывания на Чукотке праэскимосов, племени унэнэн
Ископаемая орхидея доказала древность семейства орхидных
Ископаемая орхидея доказала древность семейства орхидных Ископаемая орхидея доказала древность семейства орхидных
В куске янтаря возрастом 15–20 млн лет, найденном в Доминиканской республике, обнаружена пчела, к груди которой прилип поллинарий — особое образование, в котором у орхидей развивается пыльца
История губной помады
История губной помады История губной помады
Сейчас трудно представить себе человека, который бы не знал, что такое губная помада. Но лишь немногие знают, когда она появилась, из чего состоит, и зачем нужна... Помимо самого "заметного" своего предназначения
Сон как объективная реальность
Сон как объективная реальность Сон как объективная реальность
«Фильмы», которые люди смотрят, когда спят, называют иногда виртуальной реальностью, параллельным миром, развлечением для мозга

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • История губной помадыИстория губной помады
    Сейчас трудно представить себе человека, который бы не знал, что такое губная помада. Но лишь немногие знают, когда она появилась, из чего состоит, и зачем нужна... Помимо самого "заметного" своего предназначения
  • Чёрный ящик
  • Сон как объективная реальностьСон как объективная реальность
    «Фильмы», которые люди смотрят, когда спят, называют иногда виртуальной реальностью, параллельным миром, развлечением для мозга
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
021