Горизонтальный перенос генов: ловим бактерию на плагиате

Живые организмы «списывают» друг у друга прямо из генетического кода — этот процесс улучшает их шансы на выживание и адаптацию. «Системный Блокъ» рассказывает о горизонтальном переносе генов и его роли в эволюции, а также о том, какие компьютерные алгоритмы используют биологи для поиска заимствованных фрагментов ДНК.

Кратко: о чем статья?

Обычно закодированный в ДНК план организма, геном, наследуется «по вертикали» — от предков. Однако можно получить и гены неродственных, иногда очень непохожих организмов. Такой процесс называется horizontal gene transfer (горизонтальный перенос генов, HGT) и это еще один двигатель эволюции: так распространяются полезные умения и возникают новые адаптации. Например, бактерии в стрессовых условиях могут целенаправленно захватывать чужую ДНК, чтобы найти там что-то спасительное. Растения когда-то переняли у почвенных бактерий и грибов гены для синтеза лигнина — полимера, который придает растениям прочность и формирует проводящую систему. Без него на суше не вырасти выше мха.

Биоинформатики исследуют HGT, чтобы изучить происхождение древних генов или современную эволюцию патогенов. Чтобы проанализировать горизонтальный перенос и найти плагиат, ученые используют два типа методов. Филогенетические методы сравнивают эволюционные истории разных генов, а параметрические — ищут гены, которые отличаются от остального генома частотами нуклеотидов («букв», из которых состоят ДНК и РНК) или их сочетаний.

Самый простой филогенетический метод можно реализовать с помощью инструмента BLAST: он находит в базе все похожие фрагменты и для каждой находки указывает, насколько совпадение близкое и насколько оно статистически значимо. С помощью таких подходов исследователи обнаружили, например, что бактерии в кишечнике японцев позаимствовали у морских бактерий гены для переваривания водорослей нори.

Подробнее о том, чем полезен и опасен горизонтальный перенос генов, а также о методах его изучения и их схожести с NLP, читайте в полной версии статьи.

Время чтения: 16 минут.

🤖 «Системный Блокъ» @sysblok