Исследователи обнаружили «ДНК борга», способную ассимилировать гены

В процессе генетического анализа микробного сообщества болота американские ученые открыли новый тип огромного генетического элемента, вероятно, способного ассимилировать гены архей. По этой причине они были названы в честь цивилизации Боргов из фантастического сериала «Звездный путь – ДНК Борга». По всей видимости, эти ранее неизвестные элементы относятся к микроорганизмам, окисляющим метан.

Помимо бактерий и эукариот, к которым относятся млекопитающие, систематики выделяют третью область живых организмов – архей. Фенотипически их можно назвать микробами, но биохимически они сильно отличаются от бактерий, поэтому были выделены в отдельную группу.

Многие представители архей живут в экстремальных условиях – при высоких температурах, в условиях повышенной солености, высокого давления.

Кроме того, некоторые виды архей привлекают внимание экологов, поскольку они активно участвуют в циркуляции атмосферного метана, парникового газа.

Различные типы архей могут как производить метан, выбрасывая его в атмосферу, так и метаболизировать. Эти виды обитают в бескислородных условиях, характерных, например, для болот.

Все, что вам нужно знать о новой ДНК Борга

1. Генетики из Калифорнийского университета в Беркли изучили одно из этих сообществ болотных архей, проанализировав их метагеном, то есть «мешанину» ДНК всех микроорганизмов из данного образца.

2. Этот метод часто используется для анализа ДНК архей, поскольку культивировать их в лаборатории сложно или невозможно. В ходе анализа ученые обнаружили ранее неизвестные элементы, по четырем из которых им удалось полностью восстановить последовательность ДНК.

3. Это оказались большие (от 600 до 900 тысяч пар оснований) линейные молекулы ДНК, ограниченные длинными инвертированными повторами. Генетики предположили, что молекулы существуют в клетках как отдельные внехромосомные элементы.

4. Элементы оказались обогащенными повторяющимися последовательностями, имели начало начала репликации (копирования), а также систему защиты от мобильных элементов в формате CRISPR-Cas.

5. Кроме того, они содержали много новых генов с неизвестными функциями. Однако исследователи определили, что 20 процентов всех генов принадлежат к роду архей Methanoperedens. Анализ различных образцов почвы показал, что наличие генетических элементов совпадает с наличием этих архей, поэтому Methanoperedens предварительно назвали хозяевами неизвестной ДНК.

6. Ученые отвергли гипотезу о том, что они являются частью генома неизвестного вида, поскольку они не нашли гены, кодирующие аппарат синтеза белка на элементах. Гены Methanoperedens, по-видимому, проникли в эти молекулы путем горизонтального переноса.

7. За их способность интегрировать гены исследователи назвали новые элементы Боргами – в честь расы или цивилизации существ из серии StarTrek, которые ассимилировали различные технологии и объекты. Четыре полностью собранных Борга были названы разными цветами – черным, голубым, пурпурным и сиреневым.

8. Ученые отметили, что борги полностью отличаются от известных внехромосомных элементов, таких как плазмиды, поскольку они не содержат каких-либо характерных для них элементов. Однако возможно, что эти элементы могут переноситься между клетками как некоторые другие внехромосомные элементы.

9. Среди генов архей, обнаруженных у боргов, генетики особо отметили ген ключевого фермента окисления метана.

10. Если предположить, что гены Borg передаются между клетками в процессе горизонтального переноса, то гены метаболизма метана могут таким образом распространяться между микроорганизмами, участвующими в эволюции архей.