В ходе изучения болотных микроорганизмов американские исследователи обнаружили загадочные внехромосомные молекулы ДНК. Их нельзя отнести ни к одному из существующих типов архей, бактерий или вирусов. Известно, что они обладают целым набором генов для усиления метаболизма архей, окисляющих метан, и на порядки больше похожих на них плазмид и вирусов.
Необычная находка учёных представляет из себя крупные фрагменты внехромосомных ДНК архей, которые взаимодействуют с археями Methanoperedens. Эти археи в бескислородной среде питаются метаном, и фрагменты, как предполагают исследователи, ускоряют этот процесс. Благодаря способности модифицировать гены других организмов авторы исследования назвали их «борги» в честь псевдо-расы киборгов из вселенной «Звёздного Пути».
Благодаря секвенированию ДНК, полученных из образцов почвы, авторы собрали 19 вариантов и структурировали четыре полных генома «боргов». Чаще всего «борги» встречались в глубоких бедных кислородом почвах и иногда превышали популяции Methanoperedens (до восьми раз), но последовательной связи между их концентрациями обнаружено не было. При этом у «боргов» и Methanoperedens есть общие белки, что может указывать на их единое происхождение.
Генетический анализ «боргов» показал высокую концентрацию фермента гликозилтрансферазы, участвующей в изменении ДНК и РНК и транспортировке моносахаридов. Также учёные нашли много мембранных белков неизвестной функции, оперон nifHDK для фиксации азота, гены для синтеза полигидроксиалканоатов (чтобы получать углерод в условиях дефицита ресурсов), гены устойчивости к теллуру и другие вариации.
«Борги» обладают комплексом генов, благодаря которым он могут активно участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, связанных с Methanoperedens. В частности, «борги» ускоряют окисление метана археями. Этот механизм интересен не только экологам (для контроля выбросов метана в атмосферу), но и биоинженерам. Если исследователи разберутся, каким образом «борги» меняют свойства архей, эту технологию можно будет применить для манипуляции метаболизмом других архей или даже бактерий и вирусов.
Исследователи пока не знают, откуда появились «борги» и кем на самом деле они являются. Возможно, это гигантские плазмиды или вирусы, на порядки больше, чем у известных типов архей. Благодаря своим размерам они могут переносить намного больше генетического материала для обмена с другими археями. Это также могут быть вспомогательные внеклеточные хромосомы или живые примеры того, как выглядели хромосомы миллионы лет назад.
В будущих исследованиях учёные планируют добыть больше «боргов» и изучить их загадочную структуру. Авторы предполагают, что их находка может привести к открытию новых механизмов для неизвестных науке процессов клеточного взаимодействия.
Статья авторов пока не прошла рецензирование. Она выложена в открытый доступ на сайте bioRxiv — «Borgs are giant extrachromosomal elements with the potential to augment methane oxidation» DOI: 10.1101/2021.07.10.451761.
Комментарии (9)
ntmy
16.07.2021 00:29+1В контексте безопасности ГМО, был бы интересен анализ возможных побочных последствий генных модификаций на эти сущности, о существовании которых только что узнали.
dmitrymyl
Судя по некоторым синтаксическим несостыковкам и непривычному употреблению слов эта новость есть перевод на русский язык некой заметки об этой публикации. Очень хотелось бы её прочитать в оригинале.
А вот ни в препринте статьи, ни в статье на Vice нигде не сказано, что эти борги внеклеточные, наоборот, пишут, что это внехромосомные генетические элементы: скорее всего, внутриклеточные, а если внеклеточные, то, по всей видимости, это большие вирусы. Так что как минимум одна грубая ошибка.
Это вообще смешно и небиологично (и не было ни в препринте, ни в анонсе на Vice). Во-первых, род Homo появился примерно 4 млн лет назад (никак не миллионы), а Homo sapiens так вообще всего лишь 0.8 - 0.3 mya. Во-вторых, даже тогда человеческие хромосомы были похожи на нынешние (ну или на шимпанзе, например), они в десятки-сотни раз длиннее этих боргов. И в-третьих, нашли с чем сравнивать: человек настолько далёк от этих архей, что сравнивать надо не с ними, а с другими приматами.
ntmy
Полагаю, имелось в виду предки хромосом вообще, в том числе и человеческих. Также для тех кто не знает, что в людях есть хромосомы - это важное уточнение.
dmitrymyl
И это тоже неверно. Род архей Methanoperedens относится к филуму Euryarchaeota, а эукариоты (к которым относится и человек) родственны археям филума Lokiarchaeota из группы Asgard. Если и искать неких "предков" хромосом эукариот, то именно в локиархеях. Вообще, сейчас популярны две гипотезы происхождения ядра эукариот (inside out и вирусная), в обеих нигде не играет никакую роль любые внехромосомные генетические элементы (разве что вирусы в вирусной гипотезе).
ntmy
Предположение о том, что борги - это предкие хромосом тоже может называться гипотезой. Не вижу в появлении новой гипотезы ничего плохого.
В статье нет привязки к какому-то виду в роли предка, может и Lokiarchaeota, может ещё что предположат для этой роли. Не думаю, что это важно на этой стадии.
ancotir Автор
Спасибо за замечания! По поводу внеклеточных — плазмиды также могут существовать вне клеток, как и вирусы. Но всё равно везде исправила на внехромосомные, конечно.
При написании не использовала других источников, кроме указанных Вами. Про это вообще нигде не писали кроме Vice и bioRxiv. Возможно, конечно, сейчас уже что-то появилось.