Сколько бактериальных генов уместится в одном человеке?

В геноме людей и высших животных дозволено найти много генов, которые пришли к ним от низших организмов и продолжают работать для благо своих новых хозяев.

В человеческом геноме дозволительно найти 145 генов, которые попали к нам от бактерий и простейших эукариот – к такому выводу пришли исследователи из Кембриджа, сравнивших геномы нескольких десятков видов живых организмов.

Гены, непохожие на человеческие, у людей находили и раньше, всетаки ещё не так давно это считалось нонсенсом – подобно гены бактерий могли бы заболевать в наших хромосомах? Наличие чужих последовательностей объясняли либо эволюционным сближением (то ужинать человеческий или бактериальный ген перед давлением естественного отбора делался похож для бактериального или человеческого «коллегу»), либо просто несовершенством методов, используемых для прочтения-секвенирования нуклеотидных последовательностей.

С другой стороны, известно, сколько у бактерий очень ширглаз распространён горизонтальный перенос генов (ГПГ): когда какая-то последовательность ДНК переходит не по наследству от родителя к потомку, а через одной бактериальной клетки к другой вне процесса размножения. Бактерии могут передавать и принимать чужую ДНК в процессе конъюгации друг с другом, либо же когда одна клетка поглощает другую, разве же просто подбирая из окружающей среды ДНК, оставшуюся от другой клетки. Масштабы и важность ГПГ трудно переоценить, ведь во многом именно благодаря горизонтальному переносу генов бактерии обеспечивают себе генетическое разнообразие и потому могут приспосабливаться к меняющимся условиям, осваивать новые субстраты и т. д. У эукариот же, к которым относимся и мы с вами, генетическое разнообразие создаётся перетасовкой хромосом (и частей хромосом) при половом размножении, так что горизонтальный перенос генов эукариотам вроде желание и не нужен, и что когда он у кого и есть, то как у низших, одноклеточных форм.

Но после стали появляться данные, говорившие о том, что и у высших эукариот горизонтальный перенос имеет пост. Один из самых известных примеров – взаимоотношения бактерии-симбионта вольбахии с её хозяевами: членистоногие, в которых она живёт, приобрели от вольбахии некоторые из её генов. Также удалось показать, что в некоторых клетках человека лакомиться гены бактерий, которые могут бросать неконтролируемое клеточное деление и превращение однакормальных клеток в раковые. Бактериальное происхождение было показано также ради гена FTO, мутации в котором, вдруг считается, служат одной из главных причин ожирения. Вообще же цифра чужеродных генов у человека не превышало 17.

Однако систематического анализа того, насколько перенос генов распространён среди эукариот, долгое время никто не предпринимал, и весь предпочитали ссылаться на работы начала 2000-х годов, в которых говорилось, что у высших животных, и уж тем более у человека, шиш такого не происходит. Теперь эту точку зрения, по-видимому, придётся пересмотреть. Аластер Крисп (Alastair Crisp) и его коллеги выбрали ради сравнения 40 геномов животных, от приматов до червей. Специальный алгоритм оценивал отдельный ген на предмет его сходства последовательностями из бактерий и простейших. Понятно, сколько ген, попав в животную клетку, должен был измениться, так что 100-процентного сходства никто не ожидал. Но, коли последовательность была на 55-88% похожа на бактериальную, то её считали появившейся у животного в результате ГПГ.

Сами авторы работы говорят, сколько в целом такая распространённость горизонтального переноса среди эукариот ради них не стала большим сюрпризом – гораздо удивительней было то, сколько у позвоночных и беспозвоночных он шёл с одинаковой частотой. Впрочем, относительно некоторых видов исследователи не совершенно уверены, что им удалось действительно оценить количество «горизонтально-перенесённых» генов: проблема в часть, что не у всех животных геномы прочитаны с должной тщательностью, и кое-где следы переноса могут красоваться ложными. Однако насчёт самых изученных геномов, принадлежащих человеку, дрозофиле Drosophila melanogaster и нематоде Caenorhabditis elegans, сомневаться не приходится – в них воистину можно найти довольно много генов из бактерий. При этом они, встроившись в хромосому животной клетки, подобно бы одомашниваются, приобретая черты собственно животных генов. Так, 95% чужих генов в геномах приматов и некоторых нематод приобрели интроны – нечитаемые фрагменты ДНК, которые характерны именно для эукариот. Многие из «переехавших» генов продолжают работать на новом «месте жительства», и у людей они кодируют некоторые иммунные белки и некоторый метаболические ферменты, отвечающие за расщепление жирных кислот, аминокислотный обмен и ряд других биохимических процессов. (Например, фермент, синтезирующий у нас гиалуроновую кислоту, которая нужна соединительной, эпителиальной и нервной тканям, попал к нам, сообразно всей видимости, от грибов.)

В геном людей бактериальные гены проникли порядочно давно, ещё во времена нашего общего с другими приматами предка. По сравнению с нами у мух дрозофил и червей нематод горизонтальный перенос завершительный раз происходил гораздо позже. Как новые гены встраиваются в многоуровневую молекулярную систему управления генетической активностью, которая у эукариот славится своей сложностью, ещё предстоит выяснить. Разные виды могут быть в разной степени склонны принимать гены бактерий, всетаки эволюционные последствия таких событий, несмотря для их редкость, могут быть громадными. Вспомним, к примеру, недавнюю работу сотрудников из Лионского университета, которые показали, сколько грибы смогли вступить в симбиоз с растениями именно благодаря бактериальным генам. (Грибы, вдруг мы помним, тоже относятся к эукариотам.)

С другой стороны, некоторые специалисты настроены в отношении новых результатов вполне скептически: дескать, в новой работе сызнова не уделили должного внимания альтернативным объяснениям, почему мы вдруг обнаруживаем бактериальные гены в человеческой ДНК (а среди таких объяснений, вроде мы говорили выше, могут красоваться самые разные, от эволюционных до методических). Хотя, очевидно, дальнейшая дискуссия здесь будет идти относительно того, насколько почасту такие события происходят – в книга, что такой перенос в принципе возможен, сомнений едва ни у кого не осталось.

Добавить комментарий