Новый алгоритм выявляет перенос генов между разными видами бактерий
Перенос генов особенно распространен среди генов устойчивости к антибиотикам у бактерий Streptococcus pneumoniae.
В отличие от млекопитающих, которые передают потомству комбинацию геномов родителей, бактерии размножаются делением клеток. Теоретически это означает, что геномы потомков являются копиями родительского генома. Однако процесс не так прост из-за горизонтального переноса генов, позволяющего бактериям обмениваться фрагментами генома. В результате геном отдельной бактерии может быть комбинацией генов от нескольких разных доноров, включая даже совершенно другие виды.
В недавнем исследовании, сочетающем машинное обучение и биоинформатику, был разработан новый вычислительный метод для моделирования переноса генов между разными линиями бактериальной популяции или даже между разными видами бактерий. Метод использовали для анализа коллекции из 616 полных геномов рекомбиногенного патогена Streptococcus pneumoniae.
Полезность гена влияет на частоту его переноса
В исследовании были выявлены несколько отдельных генов, в которых перенос генов считается особенно частым. Среди этих генов также оказались гены, вызывающие устойчивость к антибиотикам.
«В случае генов устойчивости к антибиотикам количество переносов генов может быть связано с тем, насколько эти гены полезны для бактерий, и с возникающим в результате давлением отбора», — говорит академический исследователь Пекка Марттинен с факультета компьютерных наук Университета Аалто.
«Исследование не даст прямого решения проблемы устойчивости к антибиотикам, поскольку для этого требуется глубокое понимание того, как возникает и распространяется устойчивость. Тем не менее, знание того, в какой степени перенос генов происходит между разными видами и линиями, может помочь улучшить это понимание», — объясняет он.
Исследование смогло показать, что перенос генов происходит как внутри вида, так и между несколькими разными видами. Большое количество переносов, выявленных в ходе исследования, стало неожиданностью для учёных.
«Предыдущие исследования показали, что перенос генов распространен в отдельных генах, но наша команда первой использовала вычислительный метод, чтобы показать масштабы переноса генов во всем геноме», — говорит Марттинен.
«Метод также впервые позволяет эффективно исследовать предковые переносы генов, что важно при изучении переносов между разными видами».
Результаты были опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution в феврале.