«Борги» ассимилируют чужие гены

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли внимательно следят за тем, как активность микроорганизмов влияет на окружающую среду, и наоборот, какой эффект среда оказывает на микроорганизмы. С этой целью они регулярно берут образцы микробов из самых разных местообитаний и смотрят, какие гены те используют для выживания. Изучая археи рода Methanoperedens заболоченных почв Калифорнии, исследователи обнаружили новый тип
внехромосомных генетических элементов. Дополнительный анализ образцов из других мест, в которых живут метанотрофные археи, позволил обнаружить 19 таких элементов.

В отличие от плазмид, они имеют линейную структуру и большой размер — до трети длины всего генома Methanoperedens. Они больше всех известных круглых плазмид. На их концах находятся повторы длиной более 1 kb. Также у них есть 25–54 областей тандемных повторов, которые находятся как внутри генов, так и в меженных регионах.

Большая часть генов, найденных на этих элементах, являются новыми, но около 21% уже известны как гены архей. Авторы исключили возможность того, что эти элементы — просто геномы новых архей; например, у них нет генов, кодирующих наборы рибосомальных белков. Исследователи заключили, что их находка — это новые внехромосомные генетические элементы, которые существуют в тесной связи с геномом Methanoperedens, но не являются его частью. У некоторых представителей Methanoperedens может вовсе не быть таких элементов.

Найденные элементы могут ассимилировать гены организмов, в первую очередь самой археи. Авторы назвали их «борги» в честь существ с коллективным разумом из сериала «Звездный путь», которые ассимилируют представителей других цивилизаций. Индивидуальные борги назвали в честь цветов.

Геномы пурпурного, черного, небесного и лилового боргов собрали полностью, остальные — частично. Новые элементы кодируют гены защиты, рибосомальный белок L11, некоторые — один-два других рибосомальных белка. Чаще всего встречаются гены, кодирующие гликозилтрансферазы, которые вовлечены в транспортную и энергетическую системы, а также в формирование клеточной поверхности. Еще авторы обнаружили гены, кодирующие ассоциированные с мембраной белки с неизвестной функцией, оперон для фиксации азота и гены, потенциально нужные для выживания микроорганизма в условиях недостатка ресурсов. По предположению исследователей, многие гены боргов играют роль в окислительно-восстановительных реакциях и дыхании. Найденные элементы позволяют Methanoperedens сохранять энергию, особенно лиловый борг, строение которого было описано более подробно. Вероятно, борги служат хранилищем метаболических генов, которые нужны клетке только время от времени.

У некоторых боргов есть вся необходимая машинерия для потребления метана (пока они находятся в клетках, которые могут экспрессировать эти гены). Авторы рассуждают, что борги могут быть остаточными фрагментами микроорганизмов, поглощенных Methanoperedens, чтобы помочь своему метаболизму, подобно хлоропластам и митохондриям. Благодаря сходству строения можно предположить, что поглощенная клетка была родственной Methanoperedens. Может быть, в далеком будущем борги помогут ученым бороться с парниковым газом метаном. Пока же авторы ищут новых боргов, в том числе в других микроорганизмах.