Учёные обнаружили последовательности ДНК в почве водно-болотных угодий. Они не похожи на то, что исследователи находили ранее. Эти последовательности могут иметь важное и непредсказуемое влияние на глобальный климат.
Авторы нового исследования, направленного на рецензирование, назвали эти генетические элементы «борги» в честь псевдо-расы киборгов из вселенной «Звёздный Путь» из-за их способности ассимилировать гены других организмов.
«Борги» — внехромосомные элементы. Это значит, что фрагменты ДНК находятся за пределами хромосом, расположенных в ядре большинства клеток и содержащих большую часть генетического материала организма. Например, к таким внехромосомным элементам относятся плазмиды, способные размножаться вне хромосом носителя, а также некоторые вирусы.
Пока точно не известно, что такое «борги», но ясно, что они имеют общие гены и белки с организмами, окисляющими метан — археями Methanoperedens. Предполагается, что они могли получить их в ходе переноса генов в прошлом. Methanoperedens особо интересны исследователями климата, поскольку они снижают выбросы метана в атмосферу. Метан — мощный парниковый газ, способствующий повышению температуры планеты.
«Я была очень удивлена, особенно когда стало ясно, что они несут гены, непосредственно участвующие в окислении метана», — сказала старший автор исследования Джиллиан Банфилд, биогеохимик и геомикробиолог Калифорнийского университета в Беркли.
Банфилд и её коллеги поняли, что имеют дело с чем-то особенным, когда секвенировали ДНК из образцов почвы калифорнийских болот.
Исследователи изучили огромное разнообразие микроорганизмов, например, бактерий, архей, эукариот, вирусов, фагов и плазмид, — населяющих водные среды обитания, такие, как подземные водоносные горизонты и заболоченные местности. «Борги» сильно отличались от всего, с чем встречались исследователи.
«При изучении образцов одного из болот мы обнаружили фрагменты загадочных геномов, которые совершенно точно принадлежали археям, но их нельзя было отнести к любому типу из известных генетических элементов», — сказала Банфилд.
«Затем мы искали их в других наших базах данных», — добавила Банфилд. Используя этот подход, исследователи собрали по крайней мере 19 вариантов «боргов» и секвенировали четыре полных генома. Тем самым они установили существование большой линии родственных организмов с чёткими общими (и несколько необычными) особенностями, что делает их новыми внехромосомными элементами.
Команда назначила каждой из 19 групп «боргов» цвет — например, оранжевый, фиолетовый и розовый — и описала некоторые их удивительные свойства, включая огромные размеры. «Борги» чаще встречались в глубоких бедных кислородом почвах. Иногда их популяции в восемь раз превышали популяции Methanoperedens. Тем не менее, исследователи не обнаружили заметной корреляции между концентрациями Methanoperedens и «боргов», что добавляет загадок к происхождению и поведению обнаруженных ДНК.
Тем не менее, «борги» явно содержат гены, способные повышать энергетический метаболизм Methanoperedens, которые тоже их содержат. Если это так, эти уникальные генетические элементы могут дать новое представление о сокращении выбросов метана, что является одной из главных целей большинства стратегий по смягчению климата.
«Мы ожидаем, что «борги» увеличивают общее количество метана, который окисляют methanoperedens, частично за счёт улучшения их адаптаций к меняющимся условиям, — сказала Бенфильд. — Таким образом, в ближайшем будущем необходимо выяснить, как стимулировать рост methanoperedens в сельскохозяйственных почвах, которые благодаря «боргам» становятся более устойчивыми».
Команда исследователей также планирует решить более базовый вопрос: что же такое эти «борги»? Они могут быть гигантскими линейными вирусами или плазмидами, не похожими ни на одни из уже обнаруженных, или, возможно, они – родственная линия methanoperedens, потерявшая гены и установившая симбиотическую ассоциацию внутри methanoperedens.
Чтобы разобраться во всех загадках, связанных с этими странными последовательностями ДНК, исследователи надеются обнаружить больше «боргов» в других наборах данных. Бенфилд сказала, что это исследование может привести к открытию новых механизмов для процессов, о существовании которых мы пока не подозреваем.
«Таким образом, можно провести аналогию с CRISPR — системой с лишь частично предсказанной функцией, связанной с защитой микробов от вирусов, но, в конечном счете, фантастическим новым набором инструментов», — добавила Бенфилд.
***
Источник — Newly-Discovered 'Borg' DNA Is Unlike Anything Scientists Have Ever Seen
Перевод подготовили — Антон Меньшенин, Марлен Тальберг и Екатерина Хананова.
