Найден питающийся собственным геномом микроорганизм

cj27zhp5GWE1

Ученые из Университета Гёте во Франкфурте обнаружили, что археобактерия Haloferax volcanii использует собственную ДНК в качестве резерва фосфатов и способна утилизировать лишние копии генома для того, чтобы пережить неблагоприятные условия. По мнению авторов исследования, такое поведение микроорганизма может быть свидетельством того, что диплоидность могла развиться как способ хранения фосфатов, не связанный с возникновением полового размножения. Исследование опубликовано в журнале PLoS ONE.

На фото: Архея Haloferax использует ДНК в качестве резерва фосфатов

В ходе работы ученые выращивали Haloferax на синтетической среде, в которой содержалась очень небольшая концентрация фосфатов — солей ортофосфорной кислоты, которые входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК.

Столкнувшись с дефицитом фосфатов, археи могли бы утилизировать состоящие из РНК рибосомы — машины для синтеза белков — и использовать высвободившиеся фосфаты рибонуклеотидов. Однако, как показал эксперимент, микроорганизмы ведут себя совершенно иначе: во время фосфатного голодания число рибосом остается совершенно постоянным, зато резко падает плоидность, то есть число копий генома. Это означает, что клетка пускает «на еду» собственную ДНК (речь, конечно, идет не о получении энергии, а о недостающих фосфатах).

doN5w6kgeJI1

Перестройка метаболизма в условиях фосфатного голодания приводит к понижению плоидности при сохранении общего числа рибосом у потомства. Изображение: Karolin Zerulla et al., PLoS ONE, 2014

Подавляющее большинство прокариот — и архей, и бактерий — несут только одну копию генома, то есть являются гаплоидными (или моноплоидными) организмами. Диплоидность и полиплоидность характерна для тех форм жизни, которые вступают в половое размножение: они используют свои единичные копии генома для перемешивания генетической информации — так, что каждый организм несет по одной копии генома от каждого из родителей.

Однако в последнее время среди прокариот стали известны и полиплоидные организмы. Одним из ярких примеров является Deinococcus radiodurans — экстремофильная бактерия, которая способна выживать в условиях полного высушивания и радиоактивного излучения огромной мощности. Такими способностями бактерия обязана множеству копий генома, которые в случае повреждения дают огромное количество запасных фрагментов, способных собираться, подобно пазлу, хотя бы в одну функциональную копию.

Авторы нового исследования отмечают, что все наблюдавшиеся до сих пор случаи полиплоидии у прокариот требуют наличия аппарата рекомбинации, то есть пересборки ДНК. Это означает, что они возникли в эволюционном смысле довольно поздно. Обнаружение того, что полиплоидность может быть просто формой запасания фосфата, передвигает границу возникновения полиплоидности гораздо раньше по времени. Это важно не только для понимания происхождения полового размножения, но и вообще в свете эволюции эукариот.