Исследователям из Института морской микробиологии Макса Планка (Германия) удалось поймать этот генетический элемент прямо в момент его путешествия от микроскопического хищника к жертве. Результаты прорывного открытия опубликованы в журнале Scientific Reports.
«Прыгающие гены» (или транспозоны) — своеобразные генетические «паразиты», которые живут внутри ДНК бактерий, растений, животных и людей. Они умеют отделяться от «родного» генома в виде молекул РНК и внедряться в новые, совершенно случайные участки ДНК. Этот процесс примечателен тем, что, встраиваясь на новое место, такие гены часто дают организмам новые свойства и тем самым резко ускоряют их эволюцию.
Особую группу среди них составляют самовырезающиеся интроны, или рибозимы. Эти участки гена умеют самостоятельно отделяться от молекулы РНК, используя собственный встроенный фермент. Раньше ученые находили лишь древние следы таких межвидовых прыжков в ДНК разных существ. Считалось, что сами по себе гены путешествовать не могут и используют вирусы или плазмиды (крошечные обособленные молекулы ДНК) как способ перелететь в чужой организм.
Зафиксировать процесс напрямую помог случай в мире микробов. Руководитель исследования Йенс Хардер (Jens Harder) и его коллеги изучали микробное сообщество, которое медленно расщепляло лимонен (вещество, отвечающее за запах апельсинов) до метана и углекислого газа.
В этой среде доминировала очень маленькая хищная бактерия Candidatus Velamenicoccus archaeovorus, которая охотилась на другие микроорганизмы. Биологи заметили, что клетки ее главной жертвы — Methanothrix soehngenii (самый значимый производитель метана на земле) — массово погибали.
Анализируя геном хищника, ученые обнаружили в нем тот самый «прыгающий» интрон. Несмотря на то что свободную РНК интронов никогда раньше не находили вне родной клетки, биологи решили проверить на ее наличие именно клетки жертвы.
Специалисты института разработали сверхчувствительные молекулярные зонды (химические индикаторы для поиска нужных нуклеиновых кислот). Микроскопические снимки подтвердили сенсацию: РНК прыгающего гена отчетливо светилась внутри клеток жертвы.
Ген поймали с поличным прямо во время попытки скопировать себя в чужую ДНК. Правда, конкретно для этого паразита прыжок закончился неудачей: хищная бактерия убила свою жертву слишком рано, поэтому интрон совершил перенос в уже мертвую клетку. Тем не менее эксперимент наглядно доказал возможность прямого перехода генов от вида к виду.
Секрет выживания гена крылся в его кольцевой форме. Обычно РНК в погибших клетках разрушается мгновенно, но этот интрон сворачивается в кольцо без открытых концов, что делает его неуязвимым для разрушительных ферментов.
Подобная стабильность кольцевой РНК крайне важна и для медицины. У людей такие молекулы влияют на метаболизм и развитие опухолей, плюс сейчас их активно тестируют для создания передовых РНК-вакцин против рака и вирусов. Новое исследование показало, что микроорганизмы используют эту кольцевую форму буквально для захвата других биологических видов.