Горизонтальный перенос генов: как чужеродная ДНК встраивается в геномы животных

Новое исследование происхождения сложных клеток показало, что геномы далеких предков современных организмов формировались из фрагментов ДНК различных видов. В основе этого процесса лежит явление, называемое горизонтальным переносом генов. Оно позволяет генетическому материалу встраиваться в геном представителя совершенно другого вида, создавая дополнительные связи между ветвями древа жизни, помимо классического наследования от родителей к потомкам.

Механизмы генетического обмена у микроорганизмов

Среди микробов горизонтальный перенос генов встречается крайне часто. В научном сообществе это объясняют биологическими особенностями простейших организмов:

• Микроорганизмы существуют в плотных сообществах, где постоянно присутствует свободная ДНК погибших или поврежденных клеток.
• У бактерий и архей отсутствует ядерная мембрана, которая отделяет ДНК от остального содержимого клетки, что упрощает доступ постороннего генетического материала к основному геному.
• В отличие от многоклеточных существ, микробы лишены специализированных половых клеток. Любая интеграция чужеродного гена в клетку означает его передачу всем последующим поколениям.

Горизонтальный перенос у многоклеточных на примере тараканов

Ранее считалось, что для сложных организмов такой способ получения генов нехарактерен. Однако анализ геномов нескольких видов тараканов показал обратное. В их ДНК были обнаружены участки бактериального происхождения, которые успешно сохранялись и передавались по наследству на протяжении миллионов лет.

Для многоклеточных животных процесс интеграции генов сопряжен с серьезными барьерами. Посторонний фрагмент ДНК должен не просто проникнуть в ядро, а попасть в ядро клетки зародышевой линии (репродуктивной клетки). Если изменение произойдет, например, в клетке печени, оно не будет унаследовано потомством. Тем не менее, эксперты отмечают, что ферменты, отвечающие за восстановление поврежденного генетического кода, иногда ошибочно встраивают в геном любые встреченные в клетке фрагменты ДНК, что обеспечивает эволюционные изменения даже у высокоорганизованных видов.