Давно показано, что гены могут передаваться как между животными, так и между растениями, несвязанными родством, однако механизм этого переноса ДНК оставался неизвестным. Ученые обнаружили частицы, ответственные за горизонтальную передачу генов у червей. Ими оказались Mavericks — древние частицы, способные формировать вирусоподобные структуры и заражать клетки многоклеточных организмов. Mavericks определили передачу генов между червями, генетически отличающимися друг от друга так же, как люди и рыбы. Полученные данные потенциально приведут к открытию новых горизонтальных переносчиков генов и могут лечь в основу борьбы с патогенами. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Обычно ДНК переходит от родителей потомству, однако молекула может передаваться между организмами, не связанными родством, и даже между разными видами. Этот процесс, называемый горизонтальным переносом генов, лучше всего описан для бактерий, хотя все чаще появляются доказательства такого переноса генов среди грибов, растений и даже животных. При этом механизм передачи ДНК между многоклеточными организмами остается малоизученным. Считалось, что ДНК преодолевает все препятствия, такие как клеточные оболочки и защитные механизмы организмов, с помощью вирусов, выступающих в роли переносчиков. Однако доказательств такого механизма недостаточно, и ограничены они преимущественно небольшой группой вирусов.
Ученые из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук (IMBA) установили механизм горизонтального переноса генов у червей. Они обнаружили древние частицы, обладающие общими чертами транспозонов и вирусов, — Mavericks. Подобно транспозонам, Mavericks могут перепрыгивать и вставляться в геномы других организмов. Кроме того, как и вирусы, они содержат гены, кодирующие оболочку и белок, ответственный за синтез ДНК. Затем исследователи показали, что Mavericks червей содержат белок фузоген — трансмембранный белок, определяющий слияние клеточных мембран, структурно наиболее похожий на белок вируса простого герпеса. Ученые считают, что Mavericks, модифицированные фузогеном, могут формировать вирусоподобные частицы, взаимодействующие с клетками других организмов и заражающие их. Таким образом, Mavericks — это пример тесного эволюционного сотрудничества между транспозонами и вирусами, которое и определило возможность горизонтального переноса генов у червей.
«Транспозоны и вирусы можно рассматривать как плавильный котел природы. Их объединение может иметь непредсказуемые последствия и привести к геномным инновациям», — рассказывают авторы исследования.
Ученые исследовали эволюционное происхождение Mavericks у червя Caenorhabditis briggsae и обнаружили почти идентичную копию у другого вида — C. plicata. Их последний общий предок жил сотни миллионов лет назад, то есть родство этих червей меньше, чем у человека и рыбы. В результате исследователи показали, что Mavericks ответственны за десятки независимых случаев горизонтальной передачи генов между червями по всему свету.
«Если будет показано, что горизонтальный перенос генов, опосредованный Mavericks, широко применим к любому виду червей, у него есть потенциал стать бесценным ресурсом. Помимо строгих лабораторных и исследовательских применений, таких как генетические манипуляции с немодельными червями, такой ресурс мог бы позволить нам в будущем генетически модифицировать виды паразитических червей, которые могут иметь сельскохозяйственное или медицинское значение», — дополняют исследователи.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
