Сломанные ДНК перерабатываются бактериями

Бактерии отправляют сломанные ДНК на свалку. Затем бактерии могут утилизировать малые и большие части старой ДНК и интегрируют их в состав собственного генома. Данное открытие является важным, как в связи с устойчивостью пациентов к антибиотикам, так и в плане нашего восприятия эволюции жизни.

Окружающая нас среда содержит большое количество сильно фрагментированных и поврежденных деградирующих молекул ДНК. Возраст некоторых из них может исчисляться тысячелетиями. Проводимые в лабораторных условиями над разными видами ДНК и микробов опыты показали, что бактерии берут из окружающей среды очень короткие и поврежденные участки ДНК и пассивно включают их в структуру генома. Кроме того, этот механизм работает даже у современных бактерий, поглощающих ДНК мамонта в возрасте 43 тысяч лет. 

Сёрен Овербалле-Петерсен из Центра Гео-генетики из датского Музея естественной истории является первым автором работы: «То, что бактерии обладают способностью забирать длинные нетронутые фрагменты ДНК, было известно, но до сих пор предполагалось, что короткие фрагменты ДНК биологически неактивны. Мы показали, что на самом деле это не так. Пока есть хотя бы микроскопическое количество ДНК, существует вероятность его повторного использования бактериями. Одно из следствий этого проявляется в медицине, где существует проблема устойчивости к антибиотикам. В некоторых случаях приходится рассматривать, как устранить остатки ДНК. Пока что главное внимание было сосредоточено на уничтожении живых патогенных бактерий, но для случаев, когда другие бактерии позже имеют возможность использовать фрагменты ДНК, обладающие устойчивостью к антибиотикам, этого не достаточно».

Полученные специалистами результаты показывают, что резервуар фрагментов поврежденных ДНК сохраняет потенциал для того, чтобы изменить геномы бактерий спустя тысячи лет. Впервые описан процесс, который позволяет клеткам приобретать генетические последовательности из далёкого прошлого. Это явление называется анахронистическая эволюция, или вторичная эволюция.

Профессор Эске Виллерслев из того же Центра: «ДНК мёртвых организмов продвигает эволюцию живых клеток; такой процесс идёт вразрез с имеющимися убеждениями о том, что движет самой эволюцией».

Старые ДНК не ограничиваются возвращением микробов в их ранние состояния. Поврежденные ДНК могут создавать новые комбинации функциональных последовательностей. Представьте себе это в виде группы бактерий, которые копаются в куче мусора в поисках фрагментов, пригодных для использования. Иногда они натыкаются на «подержанное золото», которое могут использовать сразу же. В других случаях они сами подвергаются риску разрушения. Это открытие имеет ряд последствий: существует потенциальный риск для людей, когда бактерии-возбудители или мультирезистентные бактерии обмениваются небольшими фрагментами «опасных» ДНК, например, в больницах.

Бактерии поглощают короткие ДНК; перед нами фундаментальный эволюционный процесс, которому требуются растущие части ДНК, потребляющие клетки. Этот процесс, возможно, является своего рода оригинальным типом передачи генов или обмена ДНК между бактериями. Результаты показывают, что генетическая эволюция может происходить рывками в небольших подразделениях клеток. Это улучшает понимание того, как микроорганизмы обменивались генами в процессе эволюции. Результаты также подтверждают теорию о передаче генов как о решающем факторе ранней эволюции жизни.

«Компьютерное моделирование показало, что даже при зарождении жизни на Земле бактерии имели способность делиться ДНК между собой, но трудно было узнать о точном механизме данного процесса. Сейчас же мы получили представление об обмене частями ДНК между первыми бактериями. Это не механизм, разработанный именно для этой цели, а общий процесс, который представляет собой следствие жизни и смерти.