Бактерии получают преимущества полового размножения без его недостатков
Половое размножение требует больших затрат. Однако его преимущество — в смешивании родительских геномов, что создает новые, потенциально полезные комбинации генов.
Бактерии размножаются бесполым путем (делением), что эффективнее, но лишает их механизма обмена генами. Это делает популяцию уязвимой к накоплению вредных мутаций или изменению среды.
Новое исследование, опубликованное 9 июля в журнале PLOS Biology, описывает процесс, позволяющий бактериям получить лучшее от обоих миров. Ученые из Центра Уодсворт в Нью-Йорке (Кейт Дербишир, Тодд Грей и коллеги) на примере родственника туберкулезной палочки показали, что множественные фрагменты ДНК одновременно передаются от бактерии-донора к реципиенту. Это создает новые штаммы — генетические «лоскутные одеяла» родителей.
- Новый процесс назвали Distributive Conjugal Transfer (DCT).
- Результат: создаются мозаичные геномы, отличные от родительских и друг от друга. Это генерирует степень вариативности, сопоставимую с половым размножением.
- Скорость: DCT создает мозаичные геномы за одну ночь, в отличие от ранее известных механизмов, требовавших множественных раундов переноса.
Если новая комбинация генов дает преимущество, такой потомок быстро размножится и может стать новым штаммом или видом. Это заставляет пересмотреть прогнозы о скорости эволюции микобактерий.
Используя методы геномного картирования, команда определила область, отвечающую за «пол» бактерии при спаривании:
- Из почти 7000 генов в геноме микобактерии ключевой оказалась область всего из 6 генов. Она определяет, будет ли штамм донором или реципиентом ДНК.
Выводы и значение:
- Микобактерии с помощью DCT получают выгоды от смешивания геномов без энергозатрат и зависимости, присущих половому размножению.
- Это может объяснить происхождение патогенных микобактерий, например, вызывающих туберкулез. Есть гипотеза, что DCT мог «перетасовать» геномы безвредных микобактерий, создав штамм, идеально приспособленный для жизни в легких млекопитающих.
- Остается открытым вопрос, насколько широко распространено это явление среди патогенных микобактерий и других бактерий.