Прыгающий ген впервые поймали за «переездом» между видами

Гены передаются не только по наследству от родителей к потомству. Некоторые из них обладают удивительной мобильностью и способны внедряться в ДНК совершенно чужих организмов. «Прыгающие гены», или транспозоны, — это своеобразные генетические «паразиты», живущие внутри ДНК бактерий, растений, животных и людей. Они умеют отделяться от «родного» генома в виде молекул РНК и встраиваться в новые, случайные участки ДНК. Встраиваясь на новое место, такие гены часто дают организмам новые свойства и тем самым резко ускоряют эволюцию.

Рибозимы: самовырезающиеся интроны

Особую группу мобильных элементов составляют самовырезающиеся интроны, или рибозимы. Эти участки гена способны самостоятельно отделяться от молекулы РНК, используя собственный встроенный фермент. Раньше ученые находили лишь древние следы таких межвидовых прыжков в ДНК разных существ. Считалось, что сами по себе гены путешествовать не могут и используют вирусы или плазмиды (крошечные обособленные молекулы ДНК) как способ перелететь в чужой организм.

Зафиксировать процесс напрямую помог случай в мире микробов. Руководитель исследования Йенс Хардер и его коллеги изучали микробное сообщество, которое медленно расщепляло лимонен — вещество, отвечающее за запах апельсинов — до метана и углекислого газа. В этой среде доминировала очень маленькая хищная бактерия Candidatus Velamenicoccus archaeovorus, которая охотилась на другие микроорганизмы. Биологи заметили, что клетки ее главной жертвы — Methanothrix soehngenii (самый значимый производитель метана на Земле) — массово погибали.

Прямое наблюдение перехода

Анализируя геном хищника, ученые обнаружили в нем «прыгающий» интрон. Несмотря на то что свободную РНК интронов никогда раньше не находили вне родной клетки, биологи решили проверить на ее наличие именно клетки жертвы. Специалисты института разработали сверхчувствительные молекулярные зонды — химические индикаторы для поиска нужных нуклеиновых кислот. Микроскопические снимки подтвердили сенсацию: РНК прыгающего гена отчетливо светилась внутри клеток жертвы. Ген поймали с поличным прямо во время попытки скопировать себя в чужую ДНК.

Правда, для этого паразита прыжок закончился неудачей: хищная бактерия убила свою жертву слишком рано, поэтому интрон совершил перенос в уже мертвую клетку. Тем не менее эксперимент наглядно доказал возможность прямого перехода генов от вида к виду. Секрет выживания гена крылся в его кольцевой форме. Обычно РНК в погибших клетках разрушается мгновенно, но этот интрон сворачивается в кольцо без открытых концов, что делает его неуязвимым для разрушительных ферментов.

Подобная стабильность кольцевой РНК крайне важна и для медицины. У людей такие молекулы влияют на метаболизм и развитие опухолей, а сейчас их активно тестируют для создания передовых РНК-вакцин против рака и вирусов. Новое исследование показало, что микроорганизмы используют эту кольцевую форму буквально для захвата других биологических видов. Результаты прорывного открытия опубликованы в журнале Scientific Reports.