Учёные впервые измерили скорость эволюционного процесса в океане

Старший научный сотрудник Лаборатории Бигелоу и директор Центра геномики одиночных клеток Рамунас Степанаускас анализирует микробные образцы. Автор: Bigelow Laboratory for Ocean Sciences

Исследователи из Лаборатории океанологических наук Бигелоу впервые количественно оценили скорость латерального переноса генов — ключевого эволюционного процесса у микроорганизмов. Согласно исследованию, опубликованному в The ISME Journal, в среднем клеточная линия приобретает и сохраняет примерно 13% своих генов каждые миллион лет через этот процесс. Это эквивалентно обмену около 250 генов на литр морской воды ежедневно.

Латеральный перенос генов — движение генетического материала между неродственными организмами — является значимым драйвером эволюции, особенно среди одноклеточных организмов, таких как бактерии и археи. Новое исследование предоставляет первый количественный анализ скорости переноса генов во всем микробиоме и ставит под вопрос строгие классификационные границы между отдельными видами.

Исследователи Лаборатории Бигелоу работают над секвенированием микробных клеток из образцов морской воды в Центре геномики одиночных клеток. Автор: Bigelow Laboratory for Ocean Sciences

«Все процессы, которые микробы запускают на нашей планете, эволюционировали, и эта эволюция в значительной степени определяется латеральным переносом генов, но процесс очень трудно изучать, и до сих пор никто не мог дать цифры», — пояснил ведущий автор исследования Рамунас Степанаускас.

Команда использовала геномы 12 000 случайно отобранных микробных клеток из тропических и субтропических поверхностных вод океана, секвенированных в Центре геномики одиночных клеток. Уникальный набор данных является одним из крупнейших собраний микробных геномов из когда-либо созданных.

Исследование также выявило, что некоторые гены с очевидной экологической ценностью успешно передаются между микробами, столь же далекими друг от друга, как люди и кенгуру. Например, микробы приобретают гены, позволяющие им усваивать новые источники фосфора в обеднённом фосфором Саргассовом море.

Учёные также обнаружили доказательства обмена генами, кодирующими рибосомную РНК — клеточный механизм, ответственный за синтез белка. Это стало неожиданностью, поскольку эти гены часто используются как метрики биологического разнообразия именно потому, что учёные предполагали, что они не участвуют в латеральном переносе.

В будущем команда надеется расширить этот подход на новые среды и изучить различия между линиями, механизмами переноса и экосистемами. Эта работа может иметь значительные биотехнологические последствия, раскрывая, как природа эффективно и быстро конструирует клетки для различных сред и процессов.

«Я вижу в этом только начало, — добавил Степанаускас. — У нас наконец-то достаточно данных, чтобы начать проводить такой количественный анализ, но нам нужно продвинуться гораздо дальше».