Прокариот уличили в «осознанных» мутациях
Прокариоты - микроорганизмы, клетки которых не имеют оформленного ядра (в отличие от эукариот). Они представлены двумя надцарствами - археями (Archaea) и бактериями (Bacteria), отличающимися чрезвычайным белковым разнообразием: более 1x10 20 аминокислотных вариантов. В сочетании с малыми размерами это сильно затрудняет изучение эволюции бактерий и архей и их классификацию. Некоторые новые, но не изученные роды из числа этих доменов ученые относят к линии потенциального расхождения типов (CPR), или некультивированным бактериям, и экстремофилам DPANN соответственно. Известно, что DPANN и CPR имеют небольшой геном (около 0,5-1,5 мегабит) и не способны на биосинтез, что, вероятно, указывает на их паразитическую природу. Однако механизмы их генетической диверсификации и адаптации к стрессу остаются неясными.
В качестве одного из возможных драйверов эволюции CPR и DPANN рассматриваются ретроэлементы, генерирующие разнообразие, - молекулярные последовательности, которые включают в себя ген, кодирующий обратную транскриптазу, целевой ген и матричный повтор. Путем обратной транскрипции DGRs получают комплементарную ДНК (кДНК), заменяя все аденины в РНК, синтезированной на повторе, на произвольный нуклеотид, после чего вставляют ее в целевой ген. Таким образом они создают новые варианты генов, при этом обеспечивая прокариотам (геном эукариот не содержит DGRs) уникальные направленность, скорость и диапазон мутаций. Тем не менее, до сих пор эти ретроэлементы встречались только у отдельных простейших, в частности у двух групп DPANN и бактериофагов, и считались исключением.
В новой работе специалисты из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и других вузов продолжили изучение микроорганизмов, обитающих в подземных водах аквифера Колорадо. На первом этапе образцы просеивали через фильтры с полосой пропускания 1,2, 0,2 и 0,1 микрометра (некоторые DPANN и CPR в 500 раз меньше Escherichia coli), после чего проводили их генетический анализ. Полученные данные сравнивали с 30 метагеномными и шестью метатранскриптомными наборами. Это позволило авторам выделить 1136 последовательностей, кодирующих основные функции DGR, что втрое больше, чем общее число известных ретроэлементов этого типа. Рассмотренные обратные транскриптазы ученые разделили на 699 белковых кластеров, при этом большинство из них (315) оказались связаны с самыми малыми, а наименьшее количество - с самыми крупными микроорганизмами.
Неидентифицированные ранее DGRs чаще встречались в геноме CPR (в более чем 37 процентах случаев - в группе Parcubacteria), чем архей, и в целом относительно равномерно распределялись между подгруппами. Примечательно, что геном 26 процентов архей и 19 процентов бактерий содержал сразу несколько различных ретроэлементов, генерирующих разнообразие, в том числе аналогов вспомогательного белка Avd, отвечающего за мутагенный ретрохоминг (выбор участка для предпочтительного встраивания). По мнению ученых, это подтверждает гипотезу об эволюционной роли DGRs и их направленной активности. Количество аннотированных ретроэлементов, участвующих в этом процессе, благодаря проведенной работе увеличилось на 120 процентных пунктов.
Статья опубликована в журнале Nature Microbiology.
Ранее биологи представили обновленную версию филогенетического древа. Доминирующей формой жизни, согласно диаграмме, являются бактерии, тогда как археи наряду с эукариотами занимают на ней весьма скромное место.
