На протяжении десятилетий учёные знали, что бактерии могут обмениваться генетическим материалом в процессе, называемом горизонтальным переносом генов. Это позволяет бактериям быстро приобретать новые свойства, например, устойчивость к антибиотикам.
Новое исследование под руководством профессора Индранила Миттры из Передового центра лечения, исследований и образования в области рака в Мумбаи показывает, что этот процесс может происходить и у млекопитающих — через фрагменты ДНК, известные как свободно циркулирующие частицы хроматина.
Свободно циркулирующие частицы хроматина
Эти фрагменты высвобождаются из миллиардов клеток, которые ежедневно погибают в организме, и могут поглощаться живыми клетками для формирования сложных генетических структур с новыми функциями.
В своём исследовании команда профессора Миттры извлекла свободно циркулирующие частицы хроматина из сыворотки человека и ввела их в клетки мышей, выращенные в лаборатории. Эти частицы легко поглощались клетками, где они беспорядочно сливались в крупные и сложные генетические образования, называемые конкатемерами.
Примечательно, что эти конкатемеры начали вести себя как автономные геномы, выполняя многие функции, которые обычно приписываются ядерному геному.
Такие «спутниковые геномы» начали самореплицироваться, собирать собственный аппарат для синтеза белка и независимо создавать новые белки. Команда обнаружила, что эти конкатемеры также несут специальные генетические элементы, известные как LINE-1 и Alu, которые являются «прыгающими генами».
Такие элементы могут перемещаться внутри генома и со временем изменять генетический план клетки. Оказавшись внутри клеток мышей, эти элементы, полученные от человека, размножались, усиливались и перестраивались, потенциально изменяя ДНК клетки-хозяина непредсказуемыми способами.
«Наши результаты подтверждают модель, в которой клетка одновременно содержит две формы генома: одну, которая передаётся по наследству, называемую наследственным геномом, и многочисленные другие, которые приобретаются, — спутниковые геномы», — объясняет профессор Миттра. «Размытие границы между этими двумя формами генома потенциально предлагает новый механизм для быстрой геномной инновации и разнообразия, открывая новые направления исследований в биологии и медицине».
Некодирующая ДНК
В другом удивительном открытии исследователи обнаружили, что свободно циркулирующие частицы хроматина — и полученные в результате конкатемеры — в основном состоят из некодирующей ДНК, которая долгое время считалась «мусором». Некодирующая ДНК составляет до 99% генома человека и обычно не выполняет ни одной из вышеперечисленных функций. Например, некодирующая ДНК обычно не производит белки, хотя давно предполагалось, что она играет и другие важные роли.
Это открытие предполагает, что некодирующая ДНК имеет скрытые биологические функции, которые остаются неактивными, но активируются после гибели клетки, становясь обнаруживаемыми внутри конкатемеров.
Выводы профессора Миттры имеют глубокие последствия для нашего понимания модификации генома и эволюции. В настоящее время мы считаем, что генетические изменения происходят медленно, через мутации, которые передаются от родителей к потомству. Однако, если клетки могут поглощать и перестраивать генетические фрагменты из многочисленных умирающих клеток посредством «внутри себя» горизонтального переноса генов, может иметь место более динамичный процесс.
Это исследование также может обеспечить новый подход к лечению рака. Известно, что раковые клетки содержат дополнительные фрагменты ДНК, плавающие за пределами их нормальных хромосом. Эти фрагменты, известные как внехромосомная ДНК, могут стимулировать рост рака и помогать опухолям становиться устойчивыми к лечению.
Исследование команды предполагает, что эти фрагменты ДНК могут быть конкатемерами, состоящими из свободно циркулирующих частиц хроматина, приобретённых из окружающих умирающих клеток, которые могут захватывать генетический механизм клетки. Если это так, то деактивация свободно циркулирующих частиц хроматина до того, как они попадут в новые клетки-хозяева, может открыть новые подходы к лечению рака.
Команда профессора Миттры открыла новую главу в геномике млекопитающих. Их исследования ставят под сомнение давнее предположение о том, что наша ДНК является фиксированным, унаследованным кодом. Вместо этого их работа предполагает, что ДНК динамична, постоянно меняется, поскольку наши клетки обмениваются и перестраивают внешний генетический материал.
Это открытие может изменить не только наше понимание эволюции, но и подход к медицине, особенно в таких областях, как исследования рака, старение и регенеративная медицина.
Другие новости по теме
- Планета, которую застали в процессе рождения — такого не должно быть возможно
- Определение генетических причин эволюции устойчивости к антибиотикам за 100 лет
- Открытие, меняющее представления: новое исследование показывает, как долголетие передаётся из поколения в поколение
- Учёные обнаружили скрытые туннели Леонардо да Винчи — благодаря забытому эскизу
- Исследование человека с наибольшей документально подтверждённой продолжительностью жизни выявило редкие гены и полезные бактерии как ключи к долгой жизни
- Жеребята, контактирующие с кишечными бактериями, развивают иммунный ответ, защищающий лёгкие от пневмонии
- Затонувшие обломки времён мировых войн стали домом для дикой природы
- Адаптация к сезонной диете: как микробиом кишечника японских макак справляется с нехваткой пищи
- Учёные обнаружили окаменелость, которая перевернула представления о меловом периоде: хищник с невиданными ранее зубами
- Новый взгляд на скрытую сложность наших генов
Другие новости на сайте
- Успешная разработка многофункциональных жидкометаллических нанокомпозитов для фотоиммунотерапии рака
- Биткоин: подразумеваемая волатильность достигла минимума — готов ли рынок к новому крупному сдвигу?
- Биткоин: подразумеваемая волатильность достигла минимума — рынок готов к новому большому сдвигу?
- Биткоин: подразумеваемая волатильность достигла минимума — готов ли рынок к новому большому сдвигу?
- Биткоин: подразумеваемая волатильность достигла минимума — готов ли рынок к новому большому сдвигу?
- Биткоин: подразумеваемая волатильность достигла минимума — готов ли рынок к следующему крупному сдвигу?
- Как солеустойчивые пойменные леса помогают защититься от повышения солёности и наводнений
- Сохранение данных в физике элементарных частиц обеспечивает будущие открытия в экспериментах на коллайдерах
- Двойной день запусков: успехи SpaceX и ULA
- Машины против детей: как сопротивление переменам ограничивает право детей на город