Хозяин тройной «симбиотической матрёшки» пользуется чужим генами

Автор: Кирилл Стасевич

У человека, как известно, генов в пять раз больше, чем у кишечной палочки: 20 000 против 4 100. (При этом речь идёт, разумеется, только о тех последовательностях ДНК, которые кодируют белки, всякие регуляторные и «мусорные» участки генома не учитываются.) Научившись считать гены, мы неизбежно должны были задаться вопросом: сколько генов необходимо для жизни? Не для жизни человека, не для жизни бактериальной клетки, а для жизни вообще? Экспериментальным путём, последовательно выключая бактериальные гены, удалось выяснить, что их число можно уменьшить до 302, и все они были нужны для действительно важных процессов, вроде копирования ДНК или биосинтеза белка.

И вслед за этим исследователям захотелось узнать, нет ли в природе организма, который бы сам по себе обходился таким минимальным количеством генетической информации? Когда в 1969 году открыли бактерии микоплазм, у которых всего 475 генов, то все решили, что это и есть самый маленький геном. (Вирусы в расчёт не брали, так как они не размножаются сами, а лишь с помощью чужих генов.) Но потом была обнаружена бактерия Tremblaya princeps, чей геном состоит всего из 120 генов.

Эта бактерия — симбионт мучнистого червеца Planococcus citri, при этом сама она служит хозяином для бактерии Moranella endobia, геном которой состоит уже из 406 генов. Мы уже рассказывали об этом удивительном матрёшечном симбиозе: бактерии помогают червецу получать аминокислоты и витамины из растительного сока, причём биохимические процедуры выполняются всеми тремя участниками, что слегка напоминает конвейер с разделением труда, в котором разные люди выполняют разные работы над одной и той же деталью.

Международная группа исследователей под руководством Джона Маккатчена из Университета Монтаны (США) решила узнать генетическую историю этого необычного симбиоза, в котором ни один участник не может выжить без остальных. Оказалось, как пишут учёные в Cell, симбиотическая матрёшка складывалась не так, как обычная. Сначала к червецу подселилась T. princeps, с которой насекомое получило возможность питаться растительным соком. При этом сама бактерия не замедлила избавиться от большей части генов. И лишь сильно позже к симбиозу присоединилась M. endobia, которая, пожив в какое-то время в червеце, перебралась внутрь T. princeps. И тогда уже сама T. princeps получила возможность уменьшить число своих генов до пресловутых 120 штук.

Но это не всё. Сейчас в червецах никаких других бактерий, кроме вышеназванных, не живёт — но раньше явно жили. Исследователи обнаружили в геноме самого червеца некие гены, которые были похожи на гены бактерий, по сей день существующих в разных животных. То есть в прошлом червец давал приют разным микробам: по прикидкам авторов, у него гостили шесть видов бактерий, отдельные гены которых сохранялись в геноме хозяина. Впоследствии оказалось, что лучше T. princeps и M. endobia друзей нет, однако, как полагают учёные, червец мог использовать гены, полученные от предыдущих бактерий, чтобы управлять новыми гостями, дабы направить, так сказать, новое сотрудничество в наиболее выгодное русло.

Всё это заставляет усомниться в полезности концепции минимального генома. Идеальный набор генов, необходимых и достаточных для поддержания жизни, может быть воссоздан, очевидно, только в лаборатории. В природе же, чем меньше генов остаётся у организма, тем сложнее сказать, живёт ли этот организм за счёт самого себя, или поддержка приходит со стороны — порой от давно исчезнувших «партнёров», как в случае с «бывшими» бактериями червеца. И в результате минимальный геном оказывается до какой-то степени «сферическим конём в вакууме».

Подготовлено по материалам New York Times. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.