У Каліфорнії вчені знайшли в бруді загадкову послідовність ДНК

Джилл Бенфілд, геомікробіологиня з Каліфорнійського університету в Берклі, аналізувала ДНК, знайдену в бруді на своєму задньому дворі та виявила дивну лінійну хромосому, що включає гени різних мікробів, повідомляє sciencemag.org

Її син Треккі запропонував назвати знахідку на честь прибульців із науково-фантастичного фільму — борг. Новий тип генетичного матеріалу був загадкою для науковиці. Можливо, це частина вірусного генома. Може, це дивна бактерія. Або, може бути, це був просто незалежний фрагмент ДНК, який існує поза клітинами. Як би там не було, це "досить цікава знахідка", — говорить У. Форд Дуліттл, біолог-еволюціоніст із Університету Далхаузі, Канада.

Учені виявили безліч прикладів ДНК, які незалежно плавають поза хромосомою або хромосом, що становлять стандартний геном організму. Наприклад, невеликі спіралі, так звані плазміди, існують всередині мікробів і переносять гени, що перешкоджають поширенню антибіотиків серед різних видів бактерій.

Але Бенфілд не шукала ДНК, яка могла б переміщатися між організмами. Замість цього вона й аспірант Басем Аль-Шайєб шукали віруси, що заражають архей, тип бактерій, який часто зустрічається в місцях, позбавлених кисню. На глибині 1 метр і більше вони збирали зразки бруду, які могли містити архей і їхні віруси. Потім вони секвенували кожну ділянку ДНК у зразках і використовували складні комп'ютерні програми для сканування послідовностей, які позначають вірус, а не який-небудь інший організм.

"Ми почали з грудки бруду та 10 трильйонів фрагментів ДНК", — говорить Бенфілд. Один зразок, узятий із бруду на її території, містив заповнену генами ділянку ДНК довжиною майже в 1 мільйон основ — і більше половини генів були новими.

Ця лінійна ділянка ДНК також мала особливу схему основ на початку та в кінці, окремі ділянки повторюваної ДНК між його генами та два місця уздовж послідовності, де могла початися дуплікація ДНК, що вказувало на те, що борг міг створювати копії самого себе. У сукупності це говорить про те, що це не просто випадкова суміш генів.

Після того, як вчені ідентифікували першу послідовність боргів, дослідники почали пошук мікробної ДНК у загальнодоступних базах даних, щоб зрозуміти, чи можуть вони знайти що-небудь подібне.

Вони виявили кілька варіацій у ґрунтових водах у Колорадо — там перший передбачуваний борг виявився на глибині близько 1 метра. Інші версії виявилися в ДНК зі стоків покинутої ртутної шахти в Каліфорнії.

У цілому вчені виділили 23 послідовності, які, на їхню думку, можуть бути боргами, і 19, які володіють усіма характеристиками першого виявленого ними борга. Деякі з них мають довжину майже в 1 мільйон основ.

"Я не думаю, що будь-що інше, що було відкрито, має таке ж величезне значення, як це відкриття серед раніше відомих позахромосомних елементів ДНК", — говорить Дуліттл.

Всюди копії борга зустрічалися разом із ДНК, пов'язаної з окислювальними метан археями під назвою Methanoperedens. Це говорить про те, що борги можуть існувати всередині мікроба, кажуть вчені. Але оскільки Methanoperedens можна вирощувати в лабораторії, дослідники не змогли підтвердити це припущення. Тим часом, члени команди виключили можливість того, що борг походить від іншого мікроба, оскільки їм не вистачає багатьох необхідних для життя генів, або вірусу, який зазвичай має більш короткі хромосоми.

Але Грем Хатфулл, мікробіолог із Університету Піттсбурга, ставить питання, чи можуть існувати інші великі віруси, подібні вірусам, що вторглися в бактерії, які він допоміг виявити, які заражають архей. Чи можуть борги бути частиною таких вірусів?

Він визнає, що продемонструвати це буде непросто. "Якщо ви хочете дізнатися більше про біології борга, це дійсно складно з експериментальної точки зору".

За його словами, знахідка підтверджує ідею про те, що багато генетичних елементів можуть переміщатися між хромосомами організму або між організмами, що спрощує для істот придбання нових генів для адаптації до змін у навколишньому середовищі.

Кожен борг, яких назвали "оливковий" і "бузковий", включає не тільки нові гени, але й гени, функції яких вченим уже відомі. Наприклад, деякі з них містять гени, необхідні для обробки метану. Такі гени, мабуть, були отримані від певних мікробів, таких як Methanoperedens. Оскільки метан — це парниковий газ, який багато мікробів або розщеплюють, або виробляють, вчені припускають, що борги можуть впливати на цей колообіг, підвищуючи здатність свого господаря переробляти метан.

Бенфілд каже, що вона та її колеги не знають, як виникли борги, але вони припускають, що колись послідовності ДНК були геномами близького родича Methanoperedens, які були вилучені та почали жити всередині архея. Зрештою всередині мікроба залишається тільки ДНК, яка тепер сильно модифікована, але відокремлена від власної хромосоми.

Бенфілд сподівається, що відкриття її команди спонукає інших дослідників шукати боргів у своїх улюблених мікробах, особливо в середовищі з низьким вмістом кисню або з його повною відсутністю.

"Залишається питання — хто вони такі, ці боги? — каже Дулітл. — Це цікаве питання, на яке потрібно ще відповісти".