Прокариот уличили в «осознанных» мутациях — Naked Science
04.04.2017
Редакция

Прокариот уличили в «осознанных» мутациях

Американские ученые обнаружили, что генерирующие разнообразие ретроэлементы (DGRs) встречаются в геноме многих неидентифицированных прокариот и связаны с их белковой гипервариабельностью.

vibrio-cholerae
©Wikipedia

Прокариоты — микроорганизмы, клетки которых не имеют оформленного ядра (в отличие от эукариот). Они представлены двумя надцарствами — археями (Archaea) и бактериями (Bacteria), отличающимися чрезвычайным белковым разнообразием: более 1×1020 аминокислотных вариантов. В сочетании с малыми размерами это сильно затрудняет изучение эволюции бактерий и архей и их классификацию. Некоторые новые, но не изученные роды из числа этих доменов ученые относят к линии потенциального расхождения типов (CPR), или некультивированным бактериям, и экстремофилам (DPANN). Известно, что DPANN и CPR имеют небольшой геном (около 0,5–1,5 тысяч пар нуклеотидов) и не способны к биосинтезу для поддержания автономной жизнедеятельности, что, вероятно, указывает на их паразитическую природу. Однако механизмы их генетической диверсификации и адаптации к стрессу остаются неясными.

 

.

Схема DGR и мутагенного ретрохоминга / ©Zimmerly S. et al., Microbiology Spectrum, 2015

 

В качестве одного из возможных драйверов эволюции CPR и DPANN рассматриваются ретроэлементы, генерирующие разнообразие, — молекулярные последовательности, которые включают в себя ген, кодирующий обратную транскриптазу, целевой ген с вариабельным участком и матричный повтор, похожий на вариабельный участок. Путем обратной транскрипции с РНК матричного повтора образуется комплементарная ДНК (кДНК), в которой все аденины заменены на произвольный нуклеотид. После этого кДНК замещает вариабельный участок в целевом гене DGR. Таким образом получаются новые варианты генов, которые обеспечивают прокариотам (геном эукариот не содержит DGRs) уникальные направленность, скорость и диапазон мутаций. Тем не менее до сих пор эти ретроэлементы встречались только у отдельных прокариот (в частности, у двух групп DPANN) и бактериофагов и считались исключением.

 

В новой работе специалисты из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и других вузов продолжили изучение микроорганизмов, обитающих в подземных водах аквифера Колорадо. На первом этапе образцы просеивали через фильтры с полосой пропускания 1,2, 0,2 и 0,1 микрометра (некоторые DPANN и CPR в 500 раз меньше Escherichia coli), после чего проводили их генетический анализ. Полученные данные сравнивали с 30 метагеномными и шестью метатранскриптомными наборами. Это позволило авторам выделить 1136 последовательностей, кодирующих основные функции DGR, что втрое больше, чем общее число известных ретроэлементов этого типа. Рассмотренные обратные транскриптазы ученые разделили на 699 белковых кластеров, при этом большинство из них (315) оказались связаны с самыми малыми, а наименьшее количество — с самыми крупными микроорганизмами.

 

Филогенез DGRs. Контуром обведены ретроэлементы, обнаруженные в новой работе / ©Blair G. Paul et al., Nature Microbiology, 2017

 

Неидентифицированные ранее DGRs чаще встречались в геноме CPR (в более чем 37 процентах случаев — в группе Parcubacteria), чем архей, и в целом относительно равномерно распределялись между подгруппами. Примечательно, что геном 26 процентов архей и 19 процентов бактерий содержал сразу несколько различных ретроэлементов, генерирующих разнообразие, в том числе аналоги вспомогательного белка Avd, отвечающего за мутагенный ретрохоминг (выбор участка для предпочтительного встраивания). По мнению ученых, это подтверждает гипотезу об эволюционной роли DGRs и их направленной активности. Количество аннотированных ретроэлементов, участвующих в этом процессе, благодаря проведенной работе увеличилось на 120 процентных пунктов.

 

Статья опубликована в журнале Nature Microbiology.

 

Ранее биологи представили обновленную версию филогенетического древа. Доминирующей формой жизни, согласно диаграмме, являются бактерии, тогда как археи наряду с эукариотами занимают на ней весьма скромное место.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
30 июля
Илья Ведмеденко

Соединенные Штаты протестировали гиперзвуковую ракету воздушного базирования Air-Launched Rapid Response Weapon. Активации двигателя после сброса изделия не произошло.

31 июля
Илья Ведмеденко

Таким образом, астронавтов с высокой вероятностью на поверхность спутника Земли доставит модернизированный Starship.

30 июля
Сергей Васильев

Лабораторные эксперименты показали, что порция кофеина стимулирует шмелей быстрее находить цветы по запаху и эффективнее их опылять.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

26 июля
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: