“Егоїстичні” гени: як частинки ДНК мандрують між видами

Дослідники з Університету Каліфорнії в Санта-Крузі довели, що специфічний тип генетичних елементів — так звані інтронери — є основним механізмом розповсюдження інтронів як всередині одного виду, так і між різними видами. Як пише ScienceDaily, це відкриття, опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, стало першим прямим доказом горизонтального переносу генів таких елементів між неспорідненими організмами.

Коротко і просто. Вчені з’ясували, що частини ДНК, які раніше вважалися марними, насправді можуть активно розмножуватись і переходити між різними видами живих істот. Ці фрагменти здатні вставлятися в різні місця в генах і змінювати їхню структуру. Дослідники вперше довели, що такі вставки можуть передаватися навіть між дуже далекими за родом організмами, можливо, за допомогою вірусів. Це відкриття допомагає краще зрозуміти, як у процесі еволюції з’явилася така складність у будові живих істот, і може дати нові підказки для досліджень хвороб, пов’язаних із генами.

Що таке інтронери і чому це важливо

Геном живих організмів містить не лише корисні, функціональні гени, але й «егоїстичні» елементи — ДНК, що не виконує жодної корисної функції, а існує лише для власного розмноження. Одним із таких є інтронери — тип транспозонів, або «стрибаючих генів», які можуть вставлятися у нові ділянки геному.

Інтрони — це некодуючі послідовності ДНК, які мають бути видалені з молекули РНК перед утворенням білків. Цей процес дозволяє організмам створювати різні білкові варіації з одного гена, що ускладнює біологічні системи. Проте він також пов’язаний із ризиками, зокрема мутаціями, що можуть спричинити рак.

Вчені вже давно шукають відповідь на питання, чому інтрони так широко поширені у геномах тварин, рослин, грибів і водоростей. Нове дослідження дає переконливу відповідь: інтронери активно копіюють себе і розповсюджують інтрони, сприяючи генетичному розмаїттю, хоча більшість із них не приносять користі організму.

Команда дослідників, до якої входили професор біомолекулярної інженерії Расс Корбет-Детіг і його колишній студент Ланден Гозашті, проаналізувала 8 716 геномів різних еукаріотичних організмів. Вони виявили 1 093 родини інтронерів, що свідчить про їх надзвичайну різноманітність та здатність до швидкого поширення.

Інтронери були особливо поширеними серед водоростей, грибів і одноклітинних еукаріотів, хоча поодинокі приклади траплялися і серед морських їжаків. Це підтверджує гіпотезу, що інтронери є загальним механізмом виникнення нових інтронів у багатьох лініях еволюції.

Сенсаційною частиною дослідження стало виявлення восьми випадків горизонтального переносу інтронерів — процесу, коли генетичний матеріал передається між видами, які не можуть схрещуватись.

Один із прикладів — перенесення інтронера між морською губкою та динофлагелятою (одноклітинним морським організмом), які мали спільного предка 1,6 мільярда років тому. Приблизно 40 мільйонів років тому інтронер «перестрибнув» від одного виду до іншого.

Дослідники припускають, що перенос міг відбутися за допомогою гігантських вірусів, які самі по собі є «егоїстичними» генетичними елементами.

“Це ніби егоїстичний елемент, що подорожує на іншому егоїстичному елементі”, — жартує Корбет-Детіг.

Хоча знайдено лише вісім прикладів, автори вважають, що їх значно більше — просто еукаріотичне різноманіття досі вивчене лише частково.

Розуміння того, як геноми стають складнішими не лише через природний добір, а й через діяльність егоїстичних елементів, має велике значення для біомедицини. Інтрони відіграють важливу роль у процесі альтернативного сплайсингу — механізмі, який може як збільшити біологічну гнучкість, так і спричинити серйозні захворювання.