Objasněn princip mezidruhového přenosu genů

Vědci pochopili mechanismus, který umožňuje přijmout a aktivovat cizí gen během tzv. „horizontálního přenosu genů“. Umožnilo jim to studium sumek (Ascidiacea) a jejich genu kódujícího celulóza syntázu, který byl přenesen z aktinobakterií. Ukázalo se, že zásadní roli pro úspěšný přenos genu hraje regulační oblast lokalizovaná před samotným genem celulóza syntázy. Ta následně umožňuje specifickou expresi v epidermis sumky, která si tím vytváří polysacharidový ochranný plášť.

Přenos genů z jednoho organismu do druhého je jedním ze způsobů, jak lze „urychlit evoluci“ a jak lze např. vytvořit nové složité funkce. Nicméně, i když jsou dva organismy v těsné blízkosti například díky symbiotickému nebo parazitickému vztahu, přenos genů z jednoho organismu do druhého je jen prvním krokem. Přenesený gen musí být druhým organismem přijat, tj. zabudován do jeho genomu, a také musí dojít k jeho expresi, tj. nový gen musí být aktivní a novému organismu musí přinášet výhodu při přežití, čímž se zajistí předání nového genu budoucím generacím.

Nová studie týmu z University of Tsukuba přináší odpovědi na to, proč bývá přenos genů mezi různými druhy často neúspěšný. Zaměřili se na gen celulóza syntázu mořských bezobratlých – sumek - které jej využívají pro tvorbu polysacharidového pláště, kterým jsou pokryty. Sumky tento gen „dostaly“ od symbiotické bakterie právě pomocí horizontálního přenosu genů. Vědcům se podařilo rozluštit, proč byl přenos tohoto genu úspěšný a začal u sumek fungovat v jejich prospěch. Pokud dojde např. vlivem mutace k poškození tohoto genu, má to pro sumky a jejich budoucí generace fatální následky. Gen je aktivní ve vnějším obalu sumek, tzv. epidermis.

„Zjistili jsme, že oblasti v okolí genu jsou přímo zodpovědné za jeho specifickou aktivaci pouze v epidermis sumek“, říká spoluautor studie Yosuke Ogura. „Analýza sekvencí DNA odhalila, že na tuto oblast se váže specifický transkripční regulační faktor AP-2. Když jsme cíleně vyvolali mutaci v této oblasti, AP-2 se nemohl navázat a nedošlo k aktivaci genu.“

I když je DNA u všech organismů tvořena čtyřmi základními písmeny (A, C, T, G), jejich relativní zastoupení se mezi rozdílnými organismy zásadně liší. Např. aktinobakterie obsahují ve své DNA přes 70% guaninu (G) a cytosinu (C). Oproti tomu sumky naopak obsahují větší množství adeninu (A) a thyminu (T). Oblast na kterou se transkripční faktor AP-2 váže, obsahuje větší množství G a C, což naznačuje, že byl spolu s genem přenesen z jiného organismu, aktinobakterie. Ukázalo se, že právě tato nerovnováha v G a C v regulační oblasti genu hraje klíčovou roli při jeho úspěšné integraci a aktivaci u sumek.

„AP-2 sumky se na tzv. GC bohaté oblasti váže, a tudíž byl již tedy připraven interagovat s GC bohatým genem přeneseným z jiného organismu, v tomto případě z aktinobakterie“, dodává první autor studie Yasunori Sasakura. Specifičnost vazby AP-2 na GC bohatou oblast tedy zajišťuje úspěšnou aktivaci genu v epidermis sumek.

Tento objev opět posouvá naše poznatky o horizontálním přenosu genů a zodpovídá otázku, jak může být nový gen v organismu aktivován a regulován. Ukazuje také na důležitost oblastí sousedící se samotným genem, které slouží k regulaci genu, tj. rozhodují, zda ho dokáže organismus aktivovat.

Autor: Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Yasunori Sasakura, Yosuke Ogura, Nicholas Treen, Rui Yokomori, Sung-Joon Park, Kenta Nakai, Hidetoshi Saiga, Tetsushi Sakuma, Takashi Yamamoto, Shigeki Fujiwara and Keita Yoshida, Transcriptional regulation of a horizontally transferred gene from bacterium to chordate, Proceedings of the Royal Society of London B, DOI:10.1098/rspb.2016.1712