Горизонтальный перенос генов от бактерий к эукариотам существует?

Хорошо известно, что бактерии обмениваются между собой генетическим материалом. К наиболее ярким примерам относятся гены, обуславливающие вирулентность, антибиотикорезистентность, и другие признаки, обеспечивающие повышенную выживаемость, особенно в условиях агрессивной окружающей среды. Исследования горизонтального переноса генов между про- и эукариотами сталкивались со значительными трудностями. Вероятность «поймать» достаточно редкое событие в больших эукариотических геномах невелика, особенно в отсутствие адекватных размеру генома инструментов. Отсутствие очевидных механизмов такого переноса также не добавляло оптимизма исследователям: бактериофаги, плазмиды и транспозоноподобные элементы микроорганизмов, по-видимому, способны эффективно переносить ДНК только внутри царства бактерий. И с появлением NGS проблема не была решена: очень короткие фрагменты, которыми оперировали приборы первых поколений, не давали возможности надёжно отличить контаминацию бактериальной ДНК и факт горизонтального переноса. Создавалось впечатление, что горизонтальный перенос ДНК между про- и эукариотами не существует.

С этим не согласились исследователи из Ратгерса в Нью Джерси и Университета Дюссельдорфа в Германии. Они изучали древние одноклеточные эукариоты — красные водоросли, живущие в условиях высоких температур и повышенной кислотности среды вулканогенных источников. Для решения проблемы загрязнения образцов бактериальной ДНК, авторы использовали два подхода. Во-первых, контаминация бактериальной ДНК детектировалось при помощи ПЦР бактериальных рибосомных генов, и исследованию подвергали образцы, в которых сигнал от таких генов отсутствовал. Во-вторых, использовалась методика секвенирования, обеспечивающая риды длиной до 10 тпн. Это дало возможность искать гипотетические бактериальные гены, заведомо расположенные между участками эукариотической ДНК. Стандартные риды высокопроизводительного сиквенса имеют длину в среднем до 100 нуклеотидов, и такую возможность не обеспечивают.

При помощи «улучшенной» методики анализа авторы выявили 96 генов, происхождение которых, по их мнению, связано с горизонтальным переносом ДНК от прокариот к эукариотам. Интересно, что функции белков, кодируемых многими из этих генов, связаны с приспособляемостью красных водорослей к экстремальным условиям обитания.

Полученная информация требует дополнительного анализа чтобы окончательно подтвердить факт горизонтального переноса. Исследователи и сами осторожно заявляют, что процессы переноса ДНК в водорослях не обязательно существуют у высших эукариот. Один из важнейших признаков горизонтального переноса у бактерий — различие в GC-составе между собственными и перенесёнными генами, по данным, приведённым авторами, выражен слабо. Механизм возникновения интронов в перенесённых генах также до конца не понятен, хотя по подсчётам авторов, число интронов в таких генах меньше, чем в «оригинальных», эукариотических. Частота переноса, по подсчётам авторов, составляет одно событие в 13–14 млн. лет. Это намного ниже, чем частота переноса между бактериями, где можно наблюдать формирование «островков патогенности» практически в реальном времени. Поэтому полученные данные убедили не всех исследователей и в комментариях к этой, без сомнения интересной публикации, цитируются и критические мнения в адрес исследователей. Как бы то ни было, систематический подход к преодолению артефактов секвенирования ДНК и анализу данных, продемонстрированный в этой работе, заставляет, как минимум задуматься о необходимости продолжения работ в такой интересной области молекулярной эволюции.