Обмен генами помог бактериям кишечника усвоить новый витамин
Новый тип мобильных элементов позволил кишечным бактериям Bacteroidetes усваивать витамин B12 и другие корриноиды — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports. Обнаруженные элементы содержат последовательности генов-транспортеров витамина и способны распространяться в сообществе кишечных бактерий мышей.
Бактерии типа Bacteroidetes могут составлять до 80 процентов микроорганизмов в кишечном микробиоме, их работу связывают с метаболизмом, развитием ожирения и воспалением кишечника. Чтобы колонизировать толстую кишку, бактерии проходят отбор по приспособленности — закрепляются, например, те штаммы, которые способны лучше усваивать питательные вещества. Для получения преимущества перед соседями, бактерии нередко пользуются горизонтальным переносом генов — встраивают в свою ДНК полезные гены других микроорганизмов. В этом им могут помогать конъюгативные мобильные элементы — последовательности, которые могут не только перемещаться внутри одного генома, но и путешествовать из организма в организм. Подробнее о горизонтальном переносе мы писали в материале «Поверх барьеров».
Один из питательных ресурсов, за которые конкурируют бактерии кишечника, — витамин B12 и похожие на него вещества — корриноиды. Показано, что эти вещества так или иначе участвуют в метаболизме почти 80 процентов бактерий микробиома, и большинство из них получает вещества извне. Именно поэтому микроорганизмы, содержащие белки-переносчики корриноидов в мембране, получают конкурентное преимущество перед другими штаммами. Предыдущие исследования указывают на то, что гены переносчиков Bacteroidetes получили в ходе горизонтального переноса, однако механизмы этого процесса до сих пор не были понятны.
Исследователи из университета Иллинойса в Эрбана-Шампейн под руководством Кэти Фрай (Katie A. Frye) изучили роль мобильных элементов в горизонтальном переносе генов этих мембранных белков. Для этого они проанализировали 133 генома бактерий типа Bacteroidetes и обнаружили там 19 предполагаемых мобильных элементов, которые содержали транспортеры корриноидов. При помощи марковского алгоритма кластеризации авторы разделили последовательности на три семейства по эволюционному родству. Среди них оказалось два конъюгативных транспозона — свободных кольцевых молекул ДНК, а также ДНК фага — бактериального вируса.
После этого с последовательностями одного из семейств биологи провели эксперименты по конъюгации — перемещению из одной бактерии в другую. В искусственной среде исследователи смешали доноров — бактерий, содержащих мобильные элементы, и реципиентов — микроорганизмов без них. После этого успешных реципиентов посчитали по восприимчивости к B12, так как мобильный элетент содержит транспортер витамина. Поскольку кишечник животных не похож на искусственную жидкую среду, способность элементов передаваться от бактерии к бактерии исследователи также подтвердили в экспериментах с мышами — последовательности успешно передавались новым бактериям.
Горизонтальный перенос генов бывает не только у бактерий, но и у более развитых существ. Так, недавно ученым удалось обнаружить гены растений у насекомых. Табачные белокрылки присвоили себе растительный ген, чтобы защититься от токсинов.
Анна Муравьёва
Таков результат исследования 671 собачьей неоплазии
Американские биоинформатики и ветеринары исследовали, какие мутации наиболее характерны для злокачественных опухолей у домашних собак. Секвенирование 59 генов у 671 опухолей от собак 96 пород показало, что в основе онкогенеза у людей и собак зачастую лежат одинаковые изменения в одних и тех же участках генов. Благодаря такому сходству данные, полученные при анализе лечения собак, можно будет активнее использовать в рамках доклинических исследований протоколов лечения злокачественных новообразований у человека. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports. Онкологические заболевания относятся к ведущим причинам ненасильственной смерти у домашних и бездомных собак. Большинство из них (за редкими исключениями) не передаются от животного к животному и обусловлены мутациями в протоонкогенах и опухолевых супрессорах. Патогенез некоторых опухолей собак, в частности, ангиосаркомы, меланомы и рака молочной железы, изучен лучше: про эти опухоли известно, что в их основе лежат нарушения работы тех же генов, что при возникновении таких же человеческих опухолей. Но всеобъемлющей базы мутаций в собачьих онкогенах до настоящего времени не существовало: ведь общее количество секвенированных собачьих опухолевых геномов исчисляется несколькими тысячами. Биоинформатики и ветеринары из Университетов Джорджии и Гарварда, возглавляемые профессором Ша Ин Чжао (Shaying Zhao), провели гистологическое исследование и секвенировали часть генома (экзоны 59 протоонкогенов и опухолевых супрессоров) 671 злокачественной опухоли домашних собак, относящихся к 96 разным породам. Самыми распространенными типами опухолей оказались ангиосаркома и саркома мягких тканей (в общей же сложности ученые обнаружили 23 вида злокачественных опухолей). В 59 генах было идентифицировано 543 уникальных соматических мутации (если доля мутантной последовательности кратна 50 или 100 процентов от всей ДНК этого гена в образце, то мутация была получена клеткой еще до образования опухолевого клона. «Некруглые» доли указывают на возникновение мутации уже в рамках соматической эволюции опухолевого клона). Профиль таких мутаций был связан с гистологическим типом опухоли и ее первичным очагом, но не с породой животного. Больше всего были распространены мутации в гене TP53, обнаруженные в 22,5 процента всех опухолей и в 46 процентах сарком. В этом и еще 11 генах исследователи обнаружили 18 локусов, в которых у разных животных независимо друг от друга возникали мутации. Ученые сопоставили эти горячие точки мутагенеза с результатами секвенирования 25 тысяч геномов человеческих опухолей. Восемь из выявленных точек, в генах TP53, PIK3CA, KRAS, NRAS, PTEN и BRAF, совпали у человеческих и собачьих опухолей. Данные, представленные группой профессора Чжао, составляют на сегодняшний день самый большой набор сиквенсов собачьих злокачественных опухолей. По словам авторов, сходство генетических изменений при онкогенезе у собак и людей позволит в будущем проводить доклинические исследования на собаках в рамках процедуры регистрации протоколов лечения человеческих неоплазий. Но до окончательного понимания того, насколько генетически похожи опухоли собак и людей, еще слишком далеко, ведь исследование американских ученых включало в себя только секвенирование малой части опухолевого экзома. Чем больше лекарств для таргетной терапии появляется в арсенале врачей, тем сложнее становится диагностика в онкологии. И пока одни ученые описывают, чем «рак-меццо-форте» отличается от «рака-пиано», другие ищут новые сенсоры для ранней диагностики рака. О том, насколько эффективен собачий нос в качестве такого сенсора, читайте в материале «Запах опухоли».
