Asket » Пт май 14, 2010 6:17 pm
Полный геном одного биологического вида найден в другом
Учёные из университета Рочестера (University of Rochester) и института Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute — JCVI) обнаружили в геноме плодовой мушки (Drosophila ananassae) полную копию генома бактерии-паразита Wolbachia.
Бактерия вольбахия проживает в цитоплазме клеток хозяина и известна тем, что научилась тонко регулировать размножение, развитие и даже эволюцию своих хозяев. Поэтому её часто называют "микробом-манипулятором" или "повелителем мух" (так как проживает она в клетках насекомых).
"Сначала мне это показалось просто невозможным, — говорит Джек Уэррен (Jack Werren), профессор биологии из университета Рочестера, руководивший исследованием. — Этот паразит "обжился" в клетках почти 70% беспозвоночных Земли. А сейчас мы нашли, по крайней мере, один биологический вид, в котором весь или почти весь геном бактерии встроился в геном хозяина, то есть геном хозяина содержит закодированную информацию о двух совершенно разных видах".
Исследование началось с того, что Джули Даннинг-Хотопп (Julie Dunning-Hotopp) из JCVI обнаружила, как некоторые гены вольбахии комбинируются с генами дрозофилы, будто они являются частями одного генома.
Майкл Кларк (Michael Clark) – научный сотрудник университета Рочестера — поселил колонию Drosophila ananassae в лаборатории, чтобы вместе с Уэрреном понять, в чём секрет.
Чтобы удалить геном паразита из генома дрозофилы, Кларк попробовал "вылечить" мушек самым простым антибиотиком, убивающим вольбахию. Каково же было его удивление, когда во время повторных тестов ДНК он снова обнаружил её гены.
"В течение нескольких месяцев, я думал, что в чём-то ошибаюсь, — говорит Кларк, — я даже предположил, что выработалась устойчивость к антибиотику, ведь каждый ген вольбахии я обнаруживал вновь и вновь. Когда же я, наконец, взял ткани, которые оставил в покое несколько месяцев назад, то саму вольбахию не обнаружил".
Но, несмотря на то что Кларк избавил дрозофилу от паразита, геном её по-прежнему сохранил гены "повелителя мух". Затем Кларк обнаружил, что гены вольбахии наследуются, как и "нормальные" гены мушки. В свою очередь Даннинг-Хотопп показала, что некоторые гены передаются и незаражённым особям, а это может означать, что они используются для создания белков бактерии.
Уэррен предполагает, что паразитарные гены могли бы встроиться в ДНК хозяина не намеренно. Вполне возможно, что обрывки ДНК вольбахии могли попасть в ядро клетки, где вошли в состав "основной" ДНК. Но как стала возможной интеграция полного генома, пока не ясно.
Сейчас Уэррен и Кларк пытаются понять, в чём преимущество встраивания такого большого куска ДНК для дрозофилы — возможно, "чужие" гены предоставляют хозяину какие-то новые возможности.
Результаты проведённого исследования опубликованы в статье в журнале Science. В ней авторы предполагают, что горизонтальная передача генов (передача генов между видами, не являющимися родственными) происходит между бактериями и многоклеточными организмами в нашем мире значительно чаще, чем предполагалось ранее.
Предыдущие исследования выявляли случаи передачи генов паразита хозяину, однако они рассматривались как аномальные. Например, ДНК какой-нибудь бактерии, найденная в геноме нематод, могла быть исключена из генома, так как генетики предположили, что это своего рода "загрязнение". Данное исследование должно изменить взгляд учёных на подобные явления.
Впервые описан гибрид животного и фотосинтезирующего растения
Специалистам удалось описать удивительный феномен – животное-симбионт, которое подобно растению питается при помощи фотосинтеза. Об открытии сообщили биологи из университета Южной Флориды (USF) на ежегодном собрании Общества по интегративной и сравнительной биологии (SICB 2010).
Сидни Пирс (Sidney Pierce) с коллегами исследовали в лаборатории необычное существо – морского слизняка Elysia chlorotica, обитающего на отмелях вдоль восточного побережья США.
Больше всего похожий на зелёный лист, этот слизняк давно уже вызывал интерес со стороны учёного мира. Ранее было выяснено, что Elysia chlorotica, подобно некоторым другим своим сородичам, "высасывает" фотосинтезирующие органеллы (хлоропласты) из съеденных водорослей – это явление известно как клептопластия (kleptoplasty).
Но новое исследование американцев показывает, что длительные симбиотические отношения между слизняком и водорослями вида Vaucheria litorea привели к активации механизма так называемого горизонтального переноса генов между этими двумя видами. В случае столь крупного организма такое явление фиксируется впервые (если не считать подобное взаимодействие животных и даже людей с вирусами).
Как сообщается в пресс-релизе университета, Пирс и его команда в ходе эксперимента использовали аминокислоту, помеченную радиоактивным "маячком", чтобы установить – слизняки действительно производят хлорофилл сами, а не полагаются на запасы, полученные от съеденных водорослей.
Подопытного слизня не кормили около пяти месяцев, пока он не перестал выдавать пищеварительные отходы. Хлоропласты при этом никуда из тела животного не исчезли. Радиоактивное соединение, которое появилось после пребывания слизняка на свету, биологи определили как хлорофилл-а.
"Перенесённые" гены были включены в ДНК организма хозяина и теперь передаются следующим поколениям. Фактически это означает, что молодому слизняку нужно один-единственный раз поесть водорослей (получив от них хлоропласты), чтобы затем в течение всей своей жизни (а это примерно год) загорать, не беспокоясь о пище.
Только Elysia chlorotica из целого ряда морских слизняков способны поддерживать заимствованные хлоропласты столь долго в рабочем состоянии. А ведь для функционирования этих фотосинтезирующих органелл необходимо регулярное пополнение ряда веществ, в частности того же хлорофилла.
По словам учёных, даже выведенные в неволе Elysia chlorotica, которые никогда не встречались с водорослями, – являются носителями их фотосинтетических генов. Подробная статья по результатам исследования будет опубликована в очередном выпуске журнала Symbiosis.
Клетка-хищник поселила живого пленника в себе
Это открытие в биологии не назовешь рядовым — обнаружено одноклеточное существо, живущее с другим одноклеточным внутри себя. Странное создание находится где-то в середине длинного эволюционного пути, который когда-нибудь приведёт к появлению новой формы жизни.
Авторы нового исследования — Норико Окамото (Noriko Okamoto) и Исао Иноуэ (Isao Inouye) из института биологических наук (Institute of Biological Sciences) университета Цукубы (University of Tsukuba).
Необычное одноклеточное, получившее имя Hatena ("таинственный"), найдено на песчаных пляжах. Как показал микроскоп — эти существа живут с симбионтом — ещё меньшим одноклеточным, который находится внутри них.
Эта внутренняя часть — вовсе не элемент первого организма, а другой вид. И, что удивительно, вид – давно знакомый учёным. Это морская фотосинтезирующая водоросль Nephroselmis.
Поглотивший её Hatena — не переваривает данную водоросль, а использует как источник энергии. Такое существование учёные называют эндосимбиозом. Это тот самый эволюционный процесс, который когда-то породил все современные растения и животные.
Биологи считают, что хлоропласты — зелёные фабрики солнечной энергии в растениях — эпохи назад были отдельными организмами. И точно так же: важные компоненты любых клеток, составляющих всех животных, были когда-то микробами, захваченными извне.
Как же живёт Hatena? Это одноклеточное имеет хвостик, с помощью которого двигается. В зрелой стадии существо несёт внутри микроскопическую водоросль.
Здесь нужно сказать несколько слов о ней. Будучи поглощённой клеткой-хищником, она теряет некоторые свои элементы. Например — отбрасывает "хвостик" (Nephroselmis — тоже хвостатое создание). Кроме него водоросль теряет экзоскелет.
Но клетка симбионта сохраняет собственное ядро и другие ключевые компоненты, типа митохондрии и хлоропласта. Эта зелёная часть водоросли даже увеличивается в размерах и, как предполагают первооткрыватели Hatena, кормит своего хозяина-хищника, который теряет собственный аппарат питания.
Когда наступает время размножиться, Hatena делится на два дочерних организма, так же, как делятся любые клетки. Но с важным отличием.
Одна из "дочек" наследует зелёного симбионта (и потому её назвали "зелёной"), а вторая — остаётся без него (она, соответственно, "бесцветная").
Бесцветная клетка сначала развивает свой инструмент для питания, становится хищником и, в конечном счёте, захватывает другую морскую водоросль.
Но, как уже говорилось, не для того, чтобы съесть, а для того, чтобы превратить в своего обитателя — симбионта и получать от него энергию, добываемую фотосинтезом.
Для проверки этой идеи исследователи набрали некоторое количество бесцветного потомства одноклеточных Hatena и скормили им морские водоросли. Но не Nephroselmis, а другой, хотя и родственный им вид.
Авторы работы увидели, что предложенная добыча была захвачена. И осталась не переваренной. Но, в то же время, с ней не произошло изменений, которые происходили с Nephroselmis. Значит, не любая водоросль, а именно Nephroselmis годится для Hatena в качестве "квартиранта".
Сейчас учёные пытаются разобраться — не происходит ли между симбионтом и хищником ещё и генетического обмена. Но уже складывается интересная картина. Та стратегия выживания, которую демонстрирует Hatena, это эволюция живого, идущая прямо на наших глазах.