Исследование Института медицинских исследований Стоуэрса содержит важную информацию о том, как бесполезный и опасный «эгоистичный ген» функционирует и выживает, и идею, как сделать его безопасным и полезным.
По словам авторов работы, исследования эгоистичных генов однажды можно будет использовать для борьбы с болезнями, особенно с теми, которые могут передаваться от насекомых, животных и людей.
Эти гены описываются исследователями как «паразитические». Элементы эгоистичных генов представляют собой последовательности нуклеотидов, которые входят в число строительных блоков дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) или рибонуклеиновой кислоты (РНК), которые реплицируются в геноме.
По словам исследователей, несмотря на крошечные размеры, эти геномы способны убить организм.
Исследование было основано на прошлых исследованиях гена-драйвера, обнаруженного у дрожжей, своего рода эгоистичного гена, который может воспроизводиться с большей скоростью, чем большинство других генов, но не приносит никакой пользы организму.
Этот ген, названный «wtf4», может производить ядовитый белок, способный уничтожить все потомство.
Для данной пары хромосом родительской клетки «драйв» достигается только тогда, когда wtf4 обнаруживается только на одной хромосоме.
В результате происходит спасение исключительно потомства, наследующего аллель «драйва». Она представляет собой одну из двух или более версий последовательности ДНК в данной геномной области за счет доставки дозы аналогичного белка, который фактически противодействует яду, называемому «противоядием». Проще говоря, эти гены способны отравить окружающее потомство таким образом, что выживут только похожие.
Это новое исследование, опубликованное в журнале PLoS Genetics, показало, как один и тот же эгоистичный ген использует эту стратегию яда-противоядия для облегчения собственной функции и своей долгосрочной эволюции.
Американские исследователи обнаружили, что различия во времени образования как белков яда, так и белков-антидотов, а также их уникальные схемы распределения в развивающихся спорах являются неотъемлемой частью процесса возбуждения.
В исследовании участвовали дрожжи, а не люди или животные, но эти споры представляют собой репродуктивные клетки, эквивалентные яйцеклетке или сперматозоиду.
Исследователи разработали модель для дальнейшего изучения того, как яд убивает споры, и их результаты показали, что ядовитые белки собираются вместе, потенциально нарушая правильную укладку других белков, которые необходимы для функционирования клетки.
Примечательно, что поскольку ген wtf4 несет и яд, и противоядие, противоядие настолько похоже по форме, что группируется вместе с ядом.
Однако у противоядия есть дополнительная часть, о которой сообщили исследователи, которая, по-видимому, изолирует кластеры яда-противоядия, направляя их в вакуоль, эквивалент клеточного мусорного бака.
Исследователи изучили начало процесса спорообразования, чтобы выяснить, как эгоистичные гены действуют во время репродуктивного процесса, и обнаружили, что ядовитый белок присутствовал во всех развивающихся спорах, а также в мешочке вокруг них, где он был в малой концентрации.
По мере развития антидот усиливался в спорах, унаследовавших wtf4 от родительской дрожжевой клетки.
Исследователи обнаружили, что споры, унаследовавшие ген-драйвер, создают внутри споры больше белка-антидота для противодействия яду, обеспечивая их выживание.
Это более глубокое понимание этой стратегии яд-противоядие важно для ученых, которые изучают аналогичные области, например, разрабатывает синтетические приводные системы для борьбы с патогенными вредителями.
Дальнейшее изучение этой движущей силы может привести к ликвидации популяций вредителей, наносящих вред урожаю или людям, в случае трансмиссивных болезней, вызываемых вирусами, бактериями или паразитами, которые передаются человеку от животных или насекомых.
«Для генома довольно опасно кодировать белок, который способен убивать организм», сказала научный сотрудник Stowers, доктор философии Сара Х. Зандерс. «Однако понимание биологии этих эгоистичных элементов может помочь нам создать синтетические драйверы для изменения естественных популяций».
Другой пример, от исследователя Николь Наколлс, касался конкретного вредителя.
«Если бы мы могли манипулировать этими ДНК-паразитами, чтобы они экспрессировались в комарах и вызывали их уничтожение, это могло бы стать способом борьбы с видами вредителей», сказала Наколлс.
