Исследователи обнаружили загадочные генетические элементы: борги, питающиеся метаном

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили необычные структуры ДНК у Methanoperedens — группы архей, расщепляющих метан в почве, грунтовых водах и атмосфере, которые, по-видимому, увеличивают скорость метаболизма организма. Они назвали генетические элементы «боргами» (Borgs), потому что ДНК внутри них содержит гены, ассимилированные у многих организмов.

Научная группа изучает, как деятельность микробов формирует крупномасштабные экологические процессы и как, в свою очередь, колебания окружающей среды изменяют микробиомы Земли.

В рамках своей работы они регулярно собирают образцы микробов в различных средах обитания, чтобы увидеть, какие интересные гены микробы используют для выживания и как эти гены могут влиять на глобальные циклы ключевых элементов, таких как углерод, азот и сера.

Они изучают геномы внутри клеток, а также портативные пакеты ДНК, известные как внехромосомные элементы (ECE), которые переносят гены между бактериями, археями и вирусами.

Эти элементы позволяют микробам быстро получать полезные гены от своих соседей, в том числе тех, которые имеют лишь отдаленное родство.

Изучая образцы Methanoperedens, взятые из почвы сезонного заболоченного бассейна в Калифорнии, исследователи обнаружили доказательства совершенно нового типа ECE.

В отличие от кольцевых цепей ДНК, из которых состоит большинство плазмид, наиболее известного типа внехромосомных элементов, новые ЕСЕ являются линейными и очень длинными — до одной трети длины всего генома Methanoperedens.

Проанализировав дополнительные образцы из подземной почвы, водоносных горизонтов и русел рек, которые содержат потребляющие метан археи, ученые обнаружили в общей сложности 19 различных ECE, которые они назвали боргами.

Используя передовые инструменты анализа генома, команда определила, что многие последовательности внутри боргов аналогичны генам, метаболизирующим метан, в реальном геноме Methanoperedens.

Некоторые борги даже кодируют все необходимые клеточные механизмы, чтобы самостоятельно поедать метан, пока они находятся внутри клетки, которая может экспрессировать гены.

«Представьте себе единственную клетку, способную потреблять метан, — говорит автор работы Кеннет Уильямс.

«Теперь вы добавляете в эту клетку генетические элементы, которые могут параллельно потреблять метан, а также добавляете генетические элементы, которые увеличивают емкость клетки».

«Это в основном создает условия для потребления метана на стероидах, если хотите».

Авторы предполагают, что борги могут быть остаточными фрагментами целых микробов, которые были поглощены Methanoperedens для улучшения метаболизма.

Основываясь на сходстве последовательностей, поглощенная клетка могла быть родственницей Methanoperedens, но общее разнообразие генов, обнаруженных у боргов, указывает на то, что эти пакеты ДНК были ассимилированы из широкого круга организмов.

«Есть свидетельства того, что разные типы боргов иногда сосуществуют в одной и той же клетке-хозяине Methanopreredens», — говорят ученые.

«Это открывает возможность того, что борги могут распространять гены по родословным».

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.