Сотрудники Университета штата Иллинойс выяснили, что бактерии в организме человека обмениваются генами друг с другом быстрее, чем это обычно наблюдается в природе, а некоторые из этих генов, по-видимому, перемещаются, независимо от их микробных хозяев, из одной части тела в другую.
«Горизонтальный перенос генов считается основной силой обмена генетической информацией на Земле. Эти обмены позволяют микроорганизмам адаптироваться и процветать, но они, вероятно, также важны для здоровья человека. Есть некоторые бактерии, которые не могут жить вне нашего тела, а есть те, без которых не можем жить мы. Четкое понимание этого явления будет иметь важное значение для общественного здравоохранения, поскольку появление патогенов с множественной лекарственной устойчивостью в результате горизонтального распространения генов, устойчивых к антибиотикам, стало глобальной проблемой», — утверждают ученые.
В ходе своей работы они использовали геномную информацию, чтобы построить десятки тысяч «генеалогических деревьев» бактерий, которые колонизируют организм человека. Соотнеся их с микробными генами, специалисты выяснили, какие гены были унаследованы, а какие стали результатом горизонтального переноса генов. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.
По словам авторов, большинство современных методов определения горизонтального переноса генов сравнивают особенности ДНК или статистическое сходство между геномами для выявления чужеродных генов. Это работает довольно хорошо для относительно «молодых» переносов генов, но часто эти способы не в состоянии идентифицировать события переноса, которые произошли миллионы или миллиарды лет назад.
«Мы изучали связанные с человеком микроорганизмы, поскольку они, как известно, играют ключевую роль в поддержании здоровья и обмене веществ. Мы рассчитали скорость и направление переноса генов — кто кому что передал — для более тысячи эталонных бактериальных геномов, отобранных в рамках проекта «Микробиом человека» Национального института здравоохранения США», — говорит соавтор исследования Аршан Насир (Arshan Nasir).
Бактерии были взяты из шести участков человеческого тела: кишечника, кожи, полости рта, крови, мочеполовой системы и дыхательных путей. По словам соавтора работы Густаво Каэтано-Анольеса (Gustavo Caetano-Anollés), исследователи нашли доказательства ранее сделанных выводов о том, что бактерии, связанные с человеком, довольно разнородны со своими генами.
«Горизонтальный обмен между микробами в нашем организме примерно на 30 процентов выше, чем на остальной планете. Это означает, что наши тела предоставляют уникальную нишу и способствуют инновациям на уровне микробов», — утверждает ученый.
Около 40 процентов обмена генами произошло среди бактерий, живущих в тех же участках тела. Остальные 60 процентов включали обмен генами между бактериями в разных тканях — например, между организмами в кишечнике и крови. Во всех случаях перенос генов был наиболее распространенным среди близкородственных организмов, независимо от того, занимали они одни и те же или разные ткани организма. Фактически, как сообщают исследователи, обмен генами между организмами в разных участках тела происходил с большей скоростью, чем обмен генами между отдаленно родственными бактериями, живущими в тех же местах.
По словам авторов работы, инструмент HGTree, который они разработали для этой работы, можно использовать для точного определения того, какие гены были унаследованы «по вертикали» в процессе репродукции, а какие были получены от других микробов посредством горизонтального переноса генов. По словам исследователей, это приведет к лучшему пониманию эволюции микроорганизмов и человека.
Автор: Дмитрий Мазалев