Stopień, w jakim samolubne elementy genetyczne są faktycznie samolubne, może wymagać przemyślenia. Przez dziesięciolecia zakładano, że typowy samolubny element genetyczny to fragment DNA, który znajduje się w genomie gospodarza i rozprzestrzenia się w populacji gospodarzy — niezależnie od tego, czy daje on gospodarzom, którzy go noszą, przewagę w przetrwaniu, czy nie. Nic dziwnego, że samolubne elementy genetyczne zaczęto również nazywać pasożytniczym DNA.

Ale teraz okazuje się, że samolubne elementy genetyczne mogą wcale nie być aż tak samolubne. Według nowych badań przeprowadzonych przez naukowców z University of California w San Diego, pewien rodzaj samolubnego elementu genetycznego — intron zawierający endonukleazę homingową — może dać swojemu gospodarzowi, fagowi, przewagę w przetrwaniu nad jego rówieśnikami.

Szczegółowe ustalenia niedawno pojawiły się w Naukaw artykule zatytułowanym „Endonukleaza intronowa ułatwia konkurencję interferencyjną między wirusami współzakażającymi”.

„[We] badaliśmy kodowaną intronem endonukleazę homingową gp210 w bakteriofagu ΦPA3 i odkryliśmy, że przyczynia się ona do konkurencji wirusowej poprzez zakłócanie replikacji koinfekującego faga ΦKZ”, napisali autorzy artykułu. „Wykazujemy, że gp210 celuje w określoną sekwencję w ΦKZ, co zapobiega tworzeniu się wirusów potomnych.

„Ta praca pokazuje, jak endonukleaza homingowa może być wykorzystana w konkurencji interferencyjnej między wirusami i zapewniać względną przewagę w zakresie sprawności. Biorąc pod uwagę wszechobecność endonukleaz homingowych, ta selektywna przewaga prawdopodobnie ma szerokie implikacje ewolucyjne w różnorodnej konkurencji plazmidów i wirusów, a także w interakcjach wirus-gospodarz”.

„Po raz pierwszy wykazano, że samolubny element genetyczny zapewnia przewagę konkurencyjną organizmowi gospodarza, który zaatakował” — powiedziała Erica Birkholz, współautorka badania i pierwsza doktorantka w Katedrze Biologii Molekularnej. „Zrozumienie, że samolubne elementy genetyczne nie zawsze są czysto „samolubne”, ma szerokie implikacje dla lepszego zrozumienia ewolucji genomów we wszystkich królestwach życia”.

W nowym badaniu, które skupiało się na badaniu „jumbo” fagów, naukowcy przeanalizowali dynamikę, gdy dwa fagi współinfekują pojedynczą komórkę bakteryjną i konkurują ze sobą. Naukowcy przyjrzeli się uważnie endonukleazie, enzymowi, który służy jako narzędzie do cięcia DNA. Badania wykazały, że endonukleaza z mobilnego intronu jednego faga zakłóca genom konkurującego faga. Endonukleaza jest zatem obecnie uważana za narzędzie walki, ponieważ udokumentowano, że przecina niezbędny gen w genomie konkurującego faga. Sabotuje to zdolność konkurenta do odpowiedniego składania własnego potomstwa i reprodukcji.

„Udało nam się jasno określić mechanizm, który daje przewagę i jak to się dzieje na poziomie molekularnym” – powiedział Chase Morgan, student studiów podyplomowych z biologii, współautor pierwszego artykułu. „Ta niezgodność między samolubnymi elementami genetycznymi staje się wojną molekularną”.

Wyniki badania są ważne, ponieważ wirusy fagowe wyłaniają się jako narzędzia terapeutyczne w walce z bakteriami opornymi na antybiotyki. Ponieważ lekarze stosują koktajle fagowe do zwalczania infekcji w tym narastającym kryzysie, nowe informacje prawdopodobnie wejdą do gry, gdy zostanie wdrożonych wiele fagów. Wiedza o tym, że niektóre fagi wykorzystują samolubne elementy genetyczne jako broń przeciwko innym fagom, może pomóc badaczom zrozumieć, dlaczego niektóre kombinacje fagów mogą nie osiągnąć pełnego potencjału terapeutycznego.

„Fagi w tym badaniu mogą być stosowane w leczeniu pacjentów z infekcjami bakteryjnymi związanymi z mukowiscydozą” – powiedział profesor nauk biologicznych Joe Pogliano. „Zrozumienie, w jaki sposób ze sobą konkurują, pozwoli nam tworzyć lepsze koktajle do terapii fagowej”.