04.04.2017
Редакция Naked Science

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.
Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 09:29
ФизТех

Переключения магнетиков между спиновыми состояниями могут передавать логический сигнал, и этим процессом можно заменить перенос электронов в современных процессорах. Ученым из МФТИ и их коллегам из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова и Испании впервые удалось зарегистрировать специфический переход соединения железа между состояниями. Это поможет разработать процессоры и устройства памяти с большим отношением производительности к количеству потребляемой энергии.

1 декабря
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: