Всем привет. Сегодня мы поговорим о таком интересном процессе в биологии, как "горизонтальный перенос генов". Казалось, этот процесс для медицинской части микробиологии не важен, но, тем не менее, в ходе него некоторые бактерии могут становиться опаснее для человека. Да и определённую роль в этом играют вирусы, точнее бактериофаги. Обо всём этом мы сегодня поговорим.
Что такое ГПГ?
Сначала нужно разобраться, что вообще такое ГПГ. Думаю, что такое "перенос генов" объяснять особо не надо, мы все знакомы с этим чуть ли не с детства, ибо замечаем своё внешнее сходство с мамой или папой. По сути — это процесс передачи генетической информации от одного организма к другому. Чаще всего в биологии преобладает именно "вертикальный перенос генов" - от родителей к ребёнку, а потом к его ребёнку и т.д. Но помимо этого, в биологии (по крайней мере в микробиологии) известен ещё и горизонтальный перенос генов - когда передача генетической информации идёт между двумя неродственными особями.
Первый и самый простой способ такой передачи - бактериальная конъюгация, которая происходит с помощью плазмиды, молекулы ДНК, обособленно держащейся от основного генетического материала клетки бактерии. Обычно в них содержатся копии важных для выживания в данной среде генов, которые бактерия может передавать других бактериям. Например, гены, делающие бактерию устойчивой к антибиотикам. В результате бактерия, которая даже ни разу не контактировала с тем или иным антибиотиком, получает резистентность к нему.
Второй способ чуть сложнее - трансдукция. Это заражение лизогенными бактериофагами. Частично об этом я уже рассказывал в статье про дифтерию, но повторим. Среди всех вирусов, в том числе и бактериофагов, существуют способы размножения внутри клеток без встраивания в геном и со встраиванием в геном. Бактериофаги, которые встраивают свой геном в геном бактерии, называют "лизогенными бактериофагами" от слова "лизогения", которое означает специфический процесс репликации частиц данных бактериофагов. Бактериофаг прикрепляется к мембране бактерии и вводит внутрь клетки свою нуклеиновую кислоту. Нуклеиновая кислота встраивается в геном, ну а дальнейшие развитие событий идёт по двум сценариям. Первый — это репликация вируса внутри клетки. Собственно, на основе встроенной ДНК бактериофага синтезируются вирусные белки, создаются копии вирусного генома, всё это собирается во множество вирионов, которые покидают бактерию путём её разрушения. При втором сценарии с бактерией всё хорошо, она продолжает существовать и даже может делиться, передавая своим потомкам вирусный геном. Уже среди потомков этой бактерии тоже может произойти один из двух сценариев. Либо вирусный геном активизируется и происходит сценарий 1, либо геном так и остаётся неактивным, и бактерия снова передаёт его дальше своим потомкам. Процесс похож на ретровирусный.
Однако в ходе создания копии вирусного генома могут происходить различные ошибки и в вирусный геном запишется часть генома бактерии. В результате бактериофаг, который получится из него, будет содержать также и бактериальные гены. И при заражении другой бактерии она также получит эти гены, которые сможет использовать. Например, некоторые бета-фаги содержат гены, кодирующие определённый токсин. И когда они заражают дифтерийную коринобактерию, то бактерия получает возможность вырабатывать экзотоксин и становится опасной для человека. Собственно, об этом мы говорили в статье про дифтерию ссылка на которую есть выше. Помимо токсинов гены могут кодировать различные белки защищающие бактерии от действия антибиотиков. Например, довольно известный ген NDM-1, который кодирует специальный фермент, который делает бактерию устойчивой к трём группам антибиотиков: Цефалоспорины, Пенициллины, Карбапенемы. Как раз бактерии, владеющие геном NDM-1, и называют "супербактериями".
Третий способ, самый частый у бактерий — это трансформация. При ней происходит экспрессия генов, которые бактерия поглощает из окружающей среды.
ГПГ у архей
Помимо бактерий, ГПГ встречается и у архея - прокариотических (безъядерных) организмов, которые ранее ошибочно относили к бактериям, но, как оказалось, бактериями они не являются. Как известно, некоторые археи живут в очень экстремальных средах, включая даже горячие источники. Было обнаружено, что при различных экстремальных условиях археи образуют пили (белковые ворсинки) с помощью которых они соединяются друг с другом, передавая между собой различные гены.
ГПУ у.… вирусов?
Казалось бы, как у вирусов может быть ГПГ, но среди вирусов существует такое понятие, как "вирофаги", когда один вирус для своего размножения внутри клетки использует "вирусные фабрики", созданные другими вирусами. Один из таких, вирус "Спутник", который заражает амёб, но не имеет ключевых генов, необходимых для его размножения внутри клетки. Однако, если до этого амёба была заражена мимивирусом или мамавирусом, то "Спутник" вполне может размножиться внутри клетки.
У "Спутника" обнаружено 3 гена, которые принадлежат мимивирусу и мамавирусу, и поэтому существует гипотеза, что "Спутник" - это дефектная вирусная частица одного из этих вирусов, которая обеспечила передачу этих генов от одного вируса к другому.
ГПГ у простейших
Ну и последняя группа, у которой обнаружили ГПГ - это простейшие. Одноклеточные организмы тоже могут передавать гены между неродственными организмами.
Что касается многоклеточных эукариот, точного ответа на вопрос есть ли ГПГ у них и как сильно он повлиял на эволюцию, нет. Некоторые вирусы вполне способны встраивать свой геном в геном клеток многоклеточных эукариот, а периодически появляются даже эндогенные ретровирусы- провирусный геном, который попал в геном зародышевой клетки и передался всем клеткам в процессе деления. Гипотетически, если бы данные ретровирусы имели какие-то гены от другого организма, то они могли бы перенести их организму, в который встроились (подобно лизогенным бактериофагам), но достоверные случаи этого науке неизвестны.
Ну а на том всё. Спасибо за прочтение, не болейте!
P.S. Если нашли в статье ошибку
Если вы нашли в статье ошибку (неверно назван термин или описан процесс), сообщите об этом в комментариях, информация будет исправлена
#горизонтальный перенос генов #биология #вирусы #микробиология #супербактерии #ndm-1
