что такое горизонтальный перенос генов

Горизонтальные механизмы переноса генов и примеры

Горизонтальный перенос происходит через три основных механизма: сопряжение, преобразование и преобразование. В первом типе можно обмениваться длинными фрагментами ДНК, в то время как в последних двух перенос ограничен небольшими сегментами генетического материала..

что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть фото что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть картинку что такое горизонтальный перенос генов. Картинка про что такое горизонтальный перенос генов. Фото что такое горизонтальный перенос генов

Противоположной концепцией является передача вертикальный генов, где генетическая информация передается от организма к его потомству. Этот процесс широко распространен у эукариот, таких как растения и животные. Напротив, горизонтальный перенос распространен у микроорганизмов.

У эукариот горизонтальный перенос встречается не так часто. Тем не менее, есть данные об обмене этим явлением, включая происхождение людей, которые получили определенные гены с помощью вирусов.

Что такое горизонтальный перенос генов?

Во время размножения эукариотические организмы передают свои гены от одного поколения своим потомкам (потомкам) в процессе, известном как вертикальный перенос генов. Прокариоты также выполняют этот шаг, но посредством бесполого размножения с помощью явления деления или других механизмов.

Тем не менее, у прокариот существует другой способ обмена генетическим материалом, называемый горизонтальным переносом генов. Здесь фрагменты ДНК обмениваются между организмами одного поколения и могут передаваться от одного вида к другому..

Горизонтальный перенос относительно распространен среди бактерий. Возьмите пример генов, которые вызывают устойчивость к антибиотикам. Эти важные фрагменты ДНК обычно передаются между бактериями разных видов.

Указанные механизмы предполагают значительные медицинские осложнения при лечении инфекций..

механизмы

Существует три основных механизма обмена ДНК путем горизонтального переноса. Это сопряжение, преобразование и преобразование.

конъюгация

Перенос генов путем конъюгации является единственным типом, который включает прямой контакт между двумя бактериями.

Во время конъюгации передача генетического материала от одной бактерии к другой осуществляется посредством физического контакта, созданного структурой, называемой пили. Это работает как мост соединения, где происходит обмен.

Хотя бактерии не дифференцируются в пол, он известен как «мужской» для организма, который несет небольшую кольцевую ДНК, известную как фактор F (фертильность f). Эти клетки являются донорами во время конъюгации, и они передают материал в другую клетку, в которой отсутствует фактор.

ДНК F-фактора состоит из около 40 генов, которые контролируют репликацию полового фактора и синтез полового пили.

Первое свидетельство процесса сопряжения происходит из экспериментов Ледерберга и Татума, но именно Бернард Дэвис окончательно доказал, что контакт был необходим для передачи.

преобразование

Трансформация включает захват голой молекулы ДНК, которая находится в окружающей среде рядом с бактерией-хозяином. Этот фрагмент ДНК происходит из другой бактерии.

Процесс может осуществляться естественным путем, поскольку популяции бактерий обычно подвергаются трансформации. Точно так же трансформация может быть смоделирована в лаборатории, чтобы заставить бактерии взять интересующую ДНК, которая обнаружена снаружи..

Теоретически, любой фрагмент ДНК может быть взят. Тем не менее, было отмечено, что процесс включает в себя небольшие молекулы.

трансдукция

Наконец, механизм трансдукции происходит посредством фага (вируса), который переносит ДНК от донорской бактерии к реципиенту. Как и в предыдущем случае, количество переносимой ДНК относительно невелико, поскольку способность вируса переносить ДНК ограничена..

Обычно этот механизм ограничен филогенетически близкими бактериями, поскольку вирус, несущий ДНК, должен связываться со специфическими рецепторами бактерий, чтобы иметь возможность вводить материал.

примеров

Аминокислотная последовательность для ферментов EcoRI (в Кишечная палочка) и RSRI (в Rhodobacter sphaeroides) обладают последовательностью почти из 300 аминокислотных остатков, которые на 50% идентичны друг другу, что четко указывает на тесную эволюционную связь.

Однако, благодаря изучению других молекулярных и биохимических характеристик, эти две бактерии очень разные и очень не связаны с филогенетической точки зрения..

Кроме того, ген, который кодирует фермент EcoRI, использует очень специфичные кодоны, которые отличаются от обычно используемых Кишечная палочка, так что подозревается, что ген не возник в этой бактерии.

Горизонтальный перенос генов в эволюции

В 1859 году британский натуралист Чарльз Дарвин произвел революцию в биологических науках, применив теорию эволюции посредством естественного отбора. В своей культовой книге, Происхождение вида, Дарвин предлагает метафору древа жизни, чтобы проиллюстрировать генеалогические отношения, существующие между видами.

Мы можем применить это видение без особых неудобств для многоклеточных организмов, и мы получим разветвленный образец, как предлагает Дарвин.

Однако это представление ветвей без слияний трудно применить к микроорганизмам. При сравнении геномов разных прокариот становится ясно, что между линиями происходит обширный перенос генов..

Таким образом, паттерн отношений больше напоминает сеть, в которой ветви связаны и объединены благодаря распространенности горизонтального переноса генов..

Источник

Горизонтальный обмен генами заменяет коловраткам половое размножение

что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть фото что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть картинку что такое горизонтальный перенос генов. Картинка про что такое горизонтальный перенос генов. Фото что такое горизонтальный перенос генов

Виды животных, отказавшиеся от полового размножения, обычно быстро вымирают. Из этого правила есть одно загадочное исключение — бделлоидные коловратки, которые уже много десятков миллионов лет размножаются только партеногенетически (без самцов) и при этом продолжают процветать. Оказалось, что у бделлоидных коловраток есть еще одна уникальная особенность — в отличие от всех остальных животных, они часто обмениваются генами с другими организмами, в том числе с бактериями, грибами и растениями. По-видимому, именно эта способность и позволяет коловраткам обходиться без самцов.

Существует множество теорий, объясняющих, почему половое размножение получило такое широкое распространение в живой природе (см. одну из них в статье В. П. Щербакова). Животные довольно легко утрачивают половое размножение и переходят к партеногенезу, то есть к развитию из неоплодотворенных яиц. Такое не раз происходило и продолжает происходить в разных эволюционных линиях (лишь у одних млекопитающих переход к партеногенезу принципиально невозможен, так как у них многие жизненно важные гены в яйцеклетке отключены, а их работающие копии могут быть получены только со сперматозоидом — см. геномный импринтинг). Однако все виды (или небольшие группы видов) животных, лишенных полового размножения, являются молодыми, они лишь недавно произошли от «нормальных» двуполых предков. Это значит, что виды, отказавшиеся от полового размножения, имеют тенденцию очень быстро вымирать. Они не успевают дивергировать и дать начало, допустим, целому бесполому семейству или отряду. «Очень быстро» по эволюционным масштабам времени — это может означать десятки и сотни тысяч лет, в крайнем случае первые миллионы.

Бделлоидные коловратки (Bdelloidea) — микроскопические обитатели водоемов, одни из самых мелких многоклеточных животных — представляют собой удивительное исключение. Это целый класс животных (около 400 видов), размножающихся исключительно бесполым путем (партеногенетически). Никто никогда не видел самцов бделлоидных коловраток, и, судя по всему, они живут так уже много десятков миллионов лет (подробнее о бделлоидных коловратках см. в заметке Утрата полового размножения способствует появлению новых генов, «Элементы», 15.10.2007).

Бделлоидные коловратки — главный камень преткновения для всех теоретиков, пытающихся объяснить биологический смысл полового размножения. Какое ни придумай объяснение, сразу же возникает «проклятый» вопрос: если половое размножение такое полезное, как же бделлоидные коловратки без него обходятся? И если бделлоидные коловратки нашли способ без него обходиться, почему другие животные не пошли по тому же пути? Ведь половое размножение — весьма «дорогое удовольствие» с точки зрения естественного отбора. При бесполом размножении вы передаете каждому потомку все свои гены, а при половом — только половину.

Между тем естественный отбор по определению благоприятствует тем организмам, которые наиболее эффективно «тиражируют» свои гены в следующих поколениях. За половое размножение приходится платить двукратным снижением этой эффективности. Выдающийся биолог Джон Мэйнард Смит (John Maynard Smith) назвал этот парадокс «двойной ценой пола» (twofold cost of sex). Другой выдающийся биолог и популяризатор науки, Ричард Докинз (Richard Dawkins), в книге The Ancestor’s Tale («Рассказ прародителя») подчеркивает, что любое теоретическое построение, указывающее на преимущества полового размножения, обязательно должно как-то объяснять парадокс бделлоидных коловраток (или даже начинаться с такого объяснения).

И вот ученые с факультета молекулярной и клеточной биологии Гарвардского университета, похоже, нащупали решение этой давней загадки. В ходе изучения концевых участков хромосом бделлоидной коловратки Adineta vaga они обнаружили множество генов, не встречающихся ни у каких других животных. Некоторые из этих генов явно имеют бактериальное происхождение: их нуклеотидные последовательности почти идентичны бактериальным аналогам. Другие столь же несомненно происходят от грибов, третьи — от растений. Полные геномы бделлоидных коловраток пока не прочтены. Авторы имели возможность проанализировать лишь около 1% генома изучаемого животного (примерно 1 млн пар нуклеотидов). Были выявлены сотни генов, с большой вероятностью заимствованных коловратками у представителей других царств живой природы. Степень вероятности того, что данный ген был заимствован не у животного, определялась по сходству нуклеотидной последовательности гена с ближайшим аналогом за пределами животного царства, по сравнению с уровнем сходства между этим геном и его ближайшим «животным» аналогом. Понятно, что таким способом невозможно выявить гены, заимствованные коловратками у других животных или, тем более, у других бделлоидных коловраток.

Итак, бделлоидные коловратки активно заимствуют гены у других живых существ. Известно, что горизонтальный генетический обмен очень широко распространен у прокариот (бактерий и архей) — считается, что он в определенном смысле «заменяет» им половое размножение. Значительно реже меняются генами одноклеточные эукариоты («простейшие»), у которых есть также и настоящий половой процесс (попарное слияние половых клеток). Для многоклеточных горизонтальный генетический обмен — очень большая редкость (хотя отдельные случаи известны; см., например: Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями, «Элементы», 05.09.2007). Половое размножение, скорее всего, возникло как более безопасная и эффективная «альтернатива» горизонтальному генетическому обмену. Животные стараются всячески оберегать свои половые клетки от проникновения постороннего генетического материала, в том числе вирусного.

что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть фото что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть картинку что такое горизонтальный перенос генов. Картинка про что такое горизонтальный перенос генов. Фото что такое горизонтальный перенос генов

У бделлоидных коловраток барьеры, стоящие на пути проникновения чужой ДНК в яйцеклетки, очевидно, сильно ослаблены. Это может быть связано с необычным образом жизни этих микроскопических животных. Они живут в мелких лужах и отлично переносят высыхание на любой стадии жизненного цикла. Потом их, как пыль, может перенести ветром в другую лужу. Однако при высыхании мембраны клеток могут повреждаться, что облегчает проникновение чужеродной ДНК. При высыхании также образуются разрывы в хромосомах, которые клеткам приходится зашивать, когда коловратка снова размокнет. В ходе починки (репарации) разорванных хромосом имеется большая вероятность случайного включения в хромосому чужеродного фрагмента. По не вполне ясным причинам в концевых участках хромосом обнаруживается гораздо больше «заимствованных» генов, чем в центральных частях. В концевых участках хромосом у коловраток также наблюдается резко повышенная концентрация мобильных генетических элементов — транспозонов и ретротранспозонов. Возможно, они играют какую-то роль в процессах генетического заимствования.

Любопытно, что некоторые заимствованные бактериальные гены сохранили структуру, характерную для прокариотических генов (например, в них нет интронов), а другие — вероятно, те, которые были заимствованы раньше, — уже успели обзавестись характерными эукариотическими чертами (в том числе интронами). Ученые показали, что по крайней мере некоторые из заимствованных генов реально работают в клетках коловраток и кодируют функциональные белки. Большинство генов, заимствованных коловратками у бактерий, грибов и растений, кодируют ферменты, не входящие в состав сложных биохимических путей и каскадов, а выполняющие какую-то самостоятельную биохимическую функцию. Это и понятно, ведь именно такие гены могут оказаться полезными, если их заимствовать поодиночке. Впрочем, есть указания и на то, что иногда гены заимствовались сразу по два. Такие гены расположены в непосредственной близости друг от друга и в геноме бактерий-доноров, и в хромосоме коловратки-реципиента.

Авторы не делали попыток выяснить, обмениваются ли бделлоидные коловратки генами между собой. Это технически гораздо более трудная задача, чем обнаружение генетического обмена с бактериями и грибами. Однако едва ли коловратки, охотно заимствующие гены у микробов и растений, имеют при этом какую-то особую систему защиты от инкорпорации генетического материала близких родственников.

Если же бделлоидные коловратки хотя бы иногда меняются генами друг с другом, то получается, что они на самом деле не отказались от идеи межорганизменной генетической рекомбинации — перемешивания генов разных родителей в геноме потомства. Они просто вернулись от продвинутого варианта такой рекомбинации (полового процесса) к более примитивному варианту — горизонтальному обмену, который был свойственен их далеким одноклеточным предкам.

Источник: Eugene A. Gladyshev, Matthew Meselson, Irina R. Arkhipova. Massive Horizontal Gene Transfer in Bdelloid Rotifers // Science. 2008. V. 320. P. 1210–1213.

О бделлоидных коловратках и еще одном (менее существенном) обстоятельстве, помогающем им обходиться без полового размножения:
Утрата полового размножения способствует появлению новых генов, «Элементы», 15.10.2007.

Источник

Поверх барьеров. Что такое горизонтальный перенос генов и насколько он распространен

Авторы недавнего (и, по мнению специалистов, довольно плохого) обзора про ГМО-еду вспомнили старую страшилку, заключающуюся в том, что фрагменты ДНК из пищи, которую мы употребляем, могут попадать в клетки человека или населяющих его микроорганизмов и влиять на экспрессию генов хозяина или даже встраиваться в геном.

что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть фото что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть картинку что такое горизонтальный перенос генов. Картинка про что такое горизонтальный перенос генов. Фото что такое горизонтальный перенос генов

Подобных примеров современная наука не знает, но вообще случаи горизонтального переноса генов — попадания в организм фрагментов ДНК не от родителей, а извне, из окружающей среды, ученым известны, и многие из них описаны довольно хорошо. Мы решили разобраться в этом вопросе.

Несмотря на то, что позвоночные животные едят ДНК-содержащую еду миллионы лет, свидетельств тому, что съеденные гены как-то влияют на собственный геном, ученые пока не нашли. Тем не менее, получить ДНК не от родителей, а откуда-то извне возможно — этот феномен называется горизонтальным переносом генов. С началом эры массового секвенирования геномов и биоинформатики стало понятно, что горизонтальный перенос сыграл значительную роль в эволюции как прокариот (бактерий и архей), так и высших эукариот, например, растений.

Тем не менее, заполучить чужую ДНК не так-то просто, а наличие и количество, к примеру, бактериальной ДНК в геноме человека до сих пор остается дискуссионным вопросом.

Без ядра

Для того чтобы в геноме появился новый элемент, необходимо, чтобы новая ДНК попала в клетку и встроилась в хромосому. Логично, что проще всего выполнить эти условия, если организм одноклеточный и у него нет дополнительной ядерной оболочки, защищающей геном. По всей видимости, прокариоты (бактерии и археи) действительно пользуются горизонтальным переносом очень активно — для них это еще и аналог полового процесса, позволяющий внести разнообразие в генетическую информацию, наряду со случайным мутагенезом.

Свидетельство того, что бактерии могут получать новые признаки прямо из среды, было найдено еще до прочтения первого генома и даже до открытия того факта, что ДНК является носителем информации. В 1928 году Фредерик Гриффит обнаружил, что неопасный штамм пневмонийного стрептококка после инкубации с останками убитого вирулентного штамма также приобретает способность заражать мышей. Позже стало понятно, что исследуемый штамм захватывал из среды ДНК вирулентного «родственника» в процессе натуральной трансформации.

В норме крупные молекулы ДНК не могут пройти через бактериальную клеточную стенку и мембрану, однако многие виды бактерий способны входить в так называемое состояние компетентности, когда под действием специальных белков молекулы «затаскиваются» внутрь клетки, предварительно связавшись с рецепторами ДНК. Клетки становятся компетентными только в особых условиях, связанных, например, с лимитированием ресурсов, которое происходит, когда культура достигает критической плотности, или при повреждении ДНК.

В лаборатории свойство компетентности используют для того, чтобы искусственно доставлять ДНК в бактериальные клетки, а в природе к развитию компетентности и натуральной трансформации способны как минимум несколько десятков видов бактерий, среди которых множество патогенных. Как в случае с опытами Гриффита, внешним источником ДНК могут быть погибшие клетки, кроме того, некоторые бактерии выделяют ее наружу намеренно, с использованием систем секреции.

Помимо трансформации, бактерии способны обмениваться ДНК путем конъюгации. Этот специализированный процесс передачи ДНК между клетками при непосредственном контакте был открыт на кишечной палочке в середине XX века. Для того чтобы передать ДНК, клетки кишечной палочки должны содержать небольшую кольцевую экстрахромосомную молекулу ДНК — плазмиду, которая содержит гены, необходимые для конъюгации, и которая, собственно, и передается.

Конъюгация осуществляется с образованием половых пилей — белковых трубочек, при помощи которых устанавливается физический контакт. Кроме кишечной палочки, процесс был найден и у множества других бактерий. Помимо генов, необходимых для собственного распространения, конъюгативная плазмида может содержать гены других полезных признаков, поддерживаемых отбором, например, устойчивости к антибиотикам.

что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть фото что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть картинку что такое горизонтальный перенос генов. Картинка про что такое горизонтальный перенос генов. Фото что такое горизонтальный перенос генов Молекулярный механизм передачи F-плазмиды путем конъюгации у бактерий

Еще один распространенный механизм передачи генов путем горизонтального переноса — трансдукция, процесс передачи ДНК при помощи вирусов — бактериофагов. При формировании вирусных частиц фаг захватывает часть хозяйской ДНК и при заражении других клеток может передать им чужие гены.

Кроме самых известных трех перечисленных механизмов, в последнее время были открыты менее распространенные агенты генетического переноса (GTA — gene transfer agents), которые представляют собой белковые «посылки», содержащие небольшие случайные последовательности хозяйской ДНК. Кроме того, у архей был обнаружен процесс обмена генетической информацией путем слияния мембран двух клеток в нескольких местах и образования межклеточных мостиков.

Встроить в геном можно не любую ДНК — в общем случае полученный фрагмент просто разрушится внутриклеточными ферментами — нуклеазами и рестриктазами, которые защищают клетку от вторжения. Обмен генами происходит чаще между близкородственными штаммами, у которых большой процент похожих последовательностей. В таком случае новый фрагмент ДНК может встроиться в геном по механизму гомологичной рекомбинации, для которой необходимо наличие одинаковых или близких по составу нуклеотидных последовательностей.

В других случаях ДНК может передаваться в составе мобильных элементов и плазмид. Эти элементы представляют собой кусочки «эгоистичной ДНК», которая содержит последовательности, необходимые для собственного копирования и встраивания. Такие кусочки могут встраиваться в геном при помощи сайт-специфической рекомбинации, для которой необходима определенная, иногда очень короткая последовательность в геноме. Показано, что чем больше в бактериальном геноме мобильных элементов, тем больше событий горизонтального переноса было в ее истории.

В самых редких случаях ДНК может встроиться на хромосому «просто так», путем незаконной рекомбинации, однако этот процесс сопряжен с возникновением двуцепочечных разрывов, что опасно и нежелательно для клетки. Наконец, плазмиды и вирусы могут существовать в клетке и не встраиваясь в геном, а в виде отдельного экстрахромосомного элемента, как в случае с конъюгативными плазмидами. Мобильные элементы и плазмиды позволяют обеспечить горизонтальный перенос между отдаленными видами бактерий и даже между прокариотами и эукариотами.

Странные деревья

Если существование горизонтального переноса было установлено еще до расшифровки последовательностей генома, то масштабы явления стали понятны только с наступлением эры секвенирования. Попытки построить для всех живых организмов универсальное филогенетическое дерево на основании последовательностей геномов привели к ряду филогенетических конфликтов. Нередко какие-то гены обнаруживаются там, где по логике эволюционного наследования, их быть не должно. Отсутствие гена у предков организма часто наводит исследователей на мысль, что он получен путем горизонтального переноса.

Расшифровка множества эукариотических геномов позволила предположить, что горизонтальный перенос сыграл важную роль в эволюции не только бактерий, но и одноклеточных эукариот, в частности, простейших, а также водорослей и высших растений, многих беспозвоночных животных.

У прокариот механизмы доставки новых генов более или менее изучены и понятны, но у эукариот ДНК дополнительно защищена ядерной мембраной и белками-гистонами. Кроме того, если речь идет о многоклеточных организмах с половым размножением, то для того, чтобы закрепиться в поколениях, хромосома с новым элементом должна попасть в половые клетки. Таким образом, на пути горизонтального переноса у более сложных организмов, нежели бактерии, стоит множество барьеров. Поэтому в его наличие стоит верить только при существовании вероятного механизма передачи.

Биологам известны и современные примеры эндосимбиоза и эндопаразитизма, сопровождающиеся горизонтальным переносом генов. К примеру, внутриклеточный симбионт членистоногих и некоторых червей-нематод бактерия вольбахия нередко встраивает большие куски своего генома в геном хозяина. Вероятно, это происходит случайно в процессе репарации ДНК, и большой пользы хозяевам вольбахии от этого нет, так как большинство бактериальных генов при этом неактивны или превращаются в псевдогены, то есть необратимо ломаются.

что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть фото что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть картинку что такое горизонтальный перенос генов. Картинка про что такое горизонтальный перенос генов. Фото что такое горизонтальный перенос генов Микрофотография вольбахии внутри клетки насекомого

Однако на примере других насекомых, сожительствующих с бактериями, известно, что симбионты могут помочь сменить хозяину экологическую нишу и избежать конкуренции за ресурсы путем «дарения» своих генов. Кофейный жук Hypothenemus hampei — опасный вредитель плодов кофе — приобрел способность расщеплять кофе-специфичные полисахариды и питаться ими за счет заимствования гена HhMAN1 у симбиотических бактерий. У родственников кофейного жука и других насекомых такого гена нет.

Помимо эндосимбиоза установленным механизмом передачи генов в эукариотические клетки является агротрансформация клеток растений бактериями Agrobacterium tumefaciens. Именно этот способ, позаимствованный в природе, используют генные инженеры для модификации растительных геномов. Агробактерии используют систему секреции типа IV для введения Ti-плазмиды и комплекса специальных белков в растительную клетку. Внутри клетки белки помогают затащить плазмиду в ядро, где она интегрируется в геном путем незаконной рекомбинации и начинает экспрессировать продукты, необходимые бактериям. В результате на растении образуются опухоли, известные как корончатые галлы, где агробактерии живут и размножаются.

что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть фото что такое горизонтальный перенос генов. Смотреть картинку что такое горизонтальный перенос генов. Картинка про что такое горизонтальный перенос генов. Фото что такое горизонтальный перенос генов Результат агробактериальной трансформации кусочков листа дикого картофеля Solanum chacoense

В менее достоверных случаях горизонтального переноса у эукариот насчет механизмов можно только строить гипотезы. К примеру, предполагается, что ген белка-антифриза, который встречается в геномах сельди и азиатской корюшки, появился в результате горизонтального переноса между видами. У родственников корюшки его нет, а особенности строения гена заставляют усомниться в том, что он был передан рыбам от бактерий.

Наиболее правдоподобно выглядит гипотеза о том, что перенос от одного вида к другому произошел вместе со спермой — не в результате оплодототворения, но в результате случайной рекомбинации с ДНК сперматозоида. Исследователи считают, что подобные события вероятны у животных, половые клетки которых контактируют с окружающей средой в процессе размножения, как это происходит у рыб.

Что общего у бактерий, человека и тихоходки

Описанный случай свидетельствует в пользу горизонтального переноса у позвоночных животных, однако некоторые исследователи сомневаются в его наличии. Дело в том, что поиск генов из других организмов основан на несовершенных инструментах анализа данных, которые зачастую ошибаются. Кроме того, сами последовательности геномов зачастую собраны с ошибками и посторонними загрязнениями, среди которых особенно много бактериальных.

Докопаться до истины в особо «скандальных» случаях помогает выкладывание данных в открытый доступ и привлечение к анализу научной общественности. К примеру, недавняя работа, посвященная анализу генома тихоходки — «супернеуязвимого» беспозвоночного животного — показала, что 17 процентов генов тихоходки позаимствовали у бактерий и других эукариот. Эта огромная цифра привлекла внимание критиков, которые быстро вычислили, что геном собран с большим количеством посторонних примесей. В результате количество заимствований понизили до 0,5 процента.

Профессор Уильям Мартин, специалист по эволюции из университета Дюссельдорфа, тем не менее, сомневается и в этой цифре. В своей критической статье в журнале Bioessays он указывает на то, что горизонтальный перенос стал модной темой, которая всплывает там, где появлению якобы новых генов есть и другие, более вероятные объяснения, например редукция генома и утрата части генов у предковых организмов.

Стивен Зальцберг, директор Центра вычислительной биологии и профессор Университета Джонса Хопкинса в США также выступает за более тщательный анализ данных в исследованиях, посвященных горизонтальному переносу. Зальцберг «борется» со свидетельствами горизонтального переноса в человеческом геноме — наиболее «горячей» темой.

Как только в 2001 году был выложен первый вариант генома человека, исследователи предположили, что 223 гена человека имеет бактериальное происхождение и получены путем горизонтального переноса, так как они не обнаруживались в доступных на тот момент геномах дрожжей, дрозофилы, нематоды и модельного растения арабидопсис. Анализ группы Зальцберга позволил отсеять 180 из этих генов, оставив только около 40 кандидатов.

Тем не менее, в новой работе 2015 года биоинформатики показали, что более 150 генов, многие из которых активно экспрессируются, вероятно, появились в геномах позвоночных и человека из бактерий. Зальцберг вновь опроверг эту цифру. В обоих случаях он показал, что бóльшая часть совпадений является следствием слишком строгого статистического отбора, отсеивающего предковые гены, либо ошибками массового автоматизированного выравнивания.

Конечно, критики не доказали, что следов «свежего» бактериального переноса в человеческом геноме вовсе нет, тем более что с бактериями мы контактируем постоянно и в огромном количестве, однако по крайней мере вопрос об их количестве остается открытым и требует каких-то экспериментальных подтверждений и обсуждения результатов в эволюционном контексте.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *