Ученые впервые поймали «прыгающий ген» в момент переноса между видами

Ученые впервые смогли зафиксировать «прыгающий ген» в момент его переноса между видами, что открывает новый путь распространения генов и ускорения эволюции.

Прыгающие гены — это генетические паразиты, встречающиеся у бактерий, растений, животных и человека. Они высвобождаются внутри клеток в виде небольших молекул РНК и с помощью специальных механизмов встраиваются в новые участки генетического материала, наделяя клетки новыми признаками. Некоторые из них, известные как рибозимы или самосплайсирующиеся интроны, способны самостоятельно удалять себя из РНК.

Перемещение внутри одной клетки — одно дело, но пересечь границу другой клетки или даже другого вида гораздо сложнее. Ранее считалось, что прыгающие гены путешествуют как «пассажиры» внутри плазмид или вирусов. Однако исследование, проведенное Йенсом Хардером из Института морской микробиологии Макса Планка, показало иной сценарий.

Ученые изучали медленно растущее микробное сообщество, производящее метан. В нем доминировала необычная хищная бактерия Candidatus Velamenicoccus archaeovorus, которая питается микроорганизмами, превращающими лимонен (вещество, придающее запах апельсинам) в метан и углекислый газ. В нитях Methanothrix soehngenii — самого важного производителя метана на Земле — исследователи заметили мертвые клетки и заподозрили, что их убил хищник.

Изучая геном хищной бактерии, Хардер обнаружил интрон, функционирующий как прыгающий ген. Используя высокочувствительные методы, разработанные в институте, команда получила микроскопические изображения, показывающие РНК интрона в живых клетках хищника и в мертвых клетках жертвы. По сути, ученые поймали интрон в момент его попытки размножиться, однако хищник уже убил нового хозяина, и перенос гена завершился «прыжком в пустоту».

РНК обычно быстро разрушается ферментами, начиная с открытых концов, поэтому в мертвых клетках ее не бывает. Но интронная РНК выжила, потому что образует кольцевую молекулу без открытых концов. Эта структура защищает ее от разрушения.

«Стабильность интронной РНК в кольцевой форме — отличительная особенность. У человека кольцевые РНК влияют на многие метаболические процессы, их роль в развитии опухолей активно исследуется. Ведутся разработки по применению в РНК-вакцинах, например, против Covid и некоторых форм рака. Наше исследование показало, что у микроорганизмов прыгающие гены могут передаваться другим видам через их кольцевую РНК», — отметил Йенс Хардер.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.