Przez wiele lat małe segmenty DNA znane jako „samolubne elementy genetyczne” uważano za nieistotne, gdyż istniały tylko po to, aby się rozprzestrzeniać.

Jednakże naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) odkryli, że pierwiastki te mogą odgrywać znaczącą rolę w konkurencji między organizmami.

Przedmiot badania

„Introny zawierające homing endonukleazy są szeroko rozpowszechnione w naturze i od dawna uważa się je za samolubne elementy, które nie przynoszą żadnych korzyści organizmowi gospodarza. Te elementy genetyczne są powszechne w wirusach, ale nie jest jasne, czy zapewniają one selektywną przewagę” – zauważyli naukowcy.

Wyniki opublikowano w czasopiśmie Naukaujawniają, że elementy genetyczne, a w szczególności ruchome introny w bakteriofagach (fagach), mogą rzeczywiście zapewniać ich gospodarzom przewagę konkurencyjną.

„W tej pracy badaliśmy kodowaną przez intron endonukleazę homingową gp210 w bakteriofagu ΦPA3 i odkryliśmy, że przyczynia się ona do konkurencji wirusowej poprzez zakłócanie replikacji współinfekującego faga ΦKZ” – napisali autorzy badania.

Bakteriofagi wygrywają konkurencję z wirusami

Bakteriofagi, wirusy infekujące bakterie, są najliczniejszymi organizmami na Ziemi. Zespół badawczy odkrył, że mobilne introny działają jak narzędzia dla fagów, umożliwiając im pokonanie konkurencyjnych wirusów.

„Po raz pierwszy wykazano, że samolubny element genetyczny zapewnia przewagę konkurencyjną organizmowi gospodarza, który zaatakował” – powiedziała współautorka Erica Birkholz, stypendystka podoktorska na UCSD.

Uzbrojone elementy genetyczne

Skupiając się na „jumbo” fagach, naukowcy przeanalizowali dynamikę wewnątrz komórek bakteryjnych współzakażonych przez dwa fagi. Zaobserwowali, jak enzym zwany endonukleazą z mobilnego intronu jednego faga zakłóca DNA konkurujących fagów.

Ten enzym wcina się w genom rywalizującego faga, uniemożliwiając mu skuteczne złożenie potomstwa. Jak zauważył Birkholz, „ta uzbrojona endonukleaza intronowa daje przewagę konkurencyjną fagowi, który ją przenosi”.

Badanie podkreśla znaczenie tych odkryć dla zrozumienia ewolucyjnego wyścigu zbrojeń wśród wirusów.

„Byliśmy w stanie wyraźnie określić mechanizm, który daje przewagę i jak to się dzieje na poziomie molekularnym” – wyjaśnił współautor Chase Morgan, student studiów podyplomowych na tym samym uniwersytecie. „Ta niezgodność między samolubnymi elementami genetycznymi staje się wojną molekularną”.

Szersze implikacje badań

Implikacje tych badań obejmują terapię fagową, która jest coraz częściej stosowana w walce z bakteriami opornymi na antybiotyki. Uzyskane spostrzeżenia mogą poprawić projektowanie koktajli fagowych, zwiększając ich skuteczność.

„Fagi wykorzystane w tym badaniu mogą być wykorzystane w leczeniu pacjentów z zakażeniami bakteryjnymi związanymi z mukowiscydozą” – powiedział starszy autor Joe Pogliano, profesor nauk biologicznych na UCSD.

„Zrozumienie, w jaki sposób ze sobą konkurują, pozwoli nam tworzyć lepsze koktajle do terapii fagowej”.

W istocie badanie to nie tylko zmienia nasze rozumienie samolubnych elementów genetycznych, ale także zapewnia głębszy wgląd w konkurencję wirusową i potencjalne zastosowania terapeutyczne.

Wyniki badań podważają wcześniejsze poglądy, jakoby te segmenty DNA były jedynie genetycznymi pasażerami, pokazując, że mogą one znacząco wpływać na przetrwanie i ewolucję żywiciela.

—–

Podoba Ci się to, co czytasz? Zapisz się do naszego newslettera, aby otrzymywać angażujące artykuły, ekskluzywne treści i najnowsze aktualizacje.

Sprawdź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji stworzonej przez Erica Rallsa i Earth.com.

—–