Биологи нашли в болотах загадочные внеклеточные фрагменты ДНК, усиливающие метаболизм архей
В ходе изучения микроорганизмов водно-болотных угодий американские исследователи обнаружили загадочные внеклеточные молекулы ДНК. Их нельзя отнести ни к одному из существующих типов архей, бактерий или вирусов. Известно, что они обладают целым набором генов для усиления метаболизма архей, окисляющих метан, и на порядки больше похожих на них плазмид и вирусов.
Необычная находка учёных представляют из себя крупные фрагменты внеклеточной ДНК архей, которые взаимодействуют с археями Methanoperedens. Эти археи в бескислородной среде питаются метаном, и фрагменты, как предполагают исследователи, ускоряют этот процесс. Благодаря способности модифицировать гены других организмов авторы исследования назвали их «борги» в честь псевдо-расы киборгов из вселенной «Звёздного Пути».
Благодаря секвенированию ДНК, полученных из образцов почвы, авторы собрали 19 вариантов и структурировали четыре полных генома «боргов». Чаще всего «борги» встречались в глубоких бедных кислородом почвах и иногда превышали популяции Methanoperedens (до восьми раз), но последовательной связи между их концентрациями обнаружено не было. При этом у «боргов» и Methanoperedens есть общие белки, что может указывать на их единое происхождение.
Генетический анализ «боргов» показал высокую концентрацию фермента гликозилтрансферазы, участвующей в изменении ДНК и РНК и транспортировке моносахаридов. Также учёные нашли много мембранных белков неизвестной функции, оперон nifHDK для фиксации азота, гены для синтеза полигидроксиалканоатов (чтобы получать углерод в условиях дефицита ресурсов), гены устойчивости к теллуру и другие вариации.
«Борги» обладают комплексом генов, благодаря которым он могут активно участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, связанных с Methanoperedens. В частности, «борги» ускоряют окисление метана археями. Этот механизм интересен не только экологам (для контроля выбросов метана в атмосферу), но и биоинженерам. Если исследователи разберутся, каким образом «борги» меняют свойства архей, эту технологию можно будет применить для манипуляции метаболизмом других архей или даже бактерий и вирусов.
Исследователи пока не знают, откуда появились «борги» и кем на самом деле они являются. Возможно, это гигантские плазмиды или вирусы, на порядки больше, чем у известных типов архей. Благодаря своим размерам они могут переносить намного больше генетического материала для обмена с другими археями. Это также могут быть вспомогательные внеклеточные хромосомы или живые примеры того, как выглядели человеческие хромосомы миллионы лет назад.
В будущих исследованиях учёные планируют добыть больше «боргов» и изучить их загадочную структуру. Авторы предполагают, что их находка может привести к открытию новых механизмов для неизвестных науке процессов клеточного взаимодействия.
Статья авторов пока не прошла рецензирование. Она выложена в открытый доступ на сайте bioRxiv — «Borgs are giant extrachromosomal elements with the potential to augment methane oxidation» DOI: 10.1101/2021.07.10.451761.
