Эволюция бактериальных геномов

Почему не во всех филогенетических группах гены организованы в опероны? Как бактерии получили способность питаться веществами, которые появились лишь в результате человеческой деятельности? Имел ли последний общий предок всех бактерий опероны? Об этом и многом другом рассказал Михаил Гельфанд в лекции, прочитанной 24 марта 2014 года и опубликованной на сайте Lektorium.tv

Есть три разных подхода к изучению бактериальных геномов и их эволюции. Во-первых, можно рассматривать геном просто как набор генов и изучать, какими генами штаммы отличаются друг от друга. Во-вторых, можно назвать геном упорядоченной цепочкой генов и исследовать различные хромосомные перестройки. Наконец, можно рассматривать геном как последовательность нуклеотидов и смотреть, например, как устроена гомологичная рекомбинация между штаммами — явление, при котором штаммы обмениваются фрагментами генома, встающими ровно на то место, где стоял аналогичный фрагмент.

Секвенировали первые три штамма кишечной палочки: классическую лабораторную К-12, уропатогенный штамм и штамм, вызывающий кишечное кровотечение. Оказалось, что если взять все гены, которые встречаются в этих штаммах (я имею в виду белок-кодирующие гены), — их было около семи с половиной тысяч разных генов, — из них только три тысячи встречались во всех трех штаммах. Примерно тысяча встречалась у двух из трех, и три с половиной тысячи встречались только в одном штамме. И это было удивительно. После предложили делить гены на три группы: универсальные гены, которые присутствуют во всех штаммах, уникальные гены и периферию. А все гены, которые присутствуют во всех штаммах данного вида, было предложено называть пангеномом.

Тест Макдональда — Крейтмана используют, чтобы оценить интенсивность отбора. Его придумали для дрозофил, и основан он на сравнении синонимичных и несинонимичных полиморфизмов и количества замен между двумя близкими видами — к примеру, человека и шимпанзе или двух близких видов дрозофил. Основа в том, что, когда вы смотрите на белок-кодирующие области, вы заранее знаете, какие замены существенны, то есть влияют на белок, а какие практически несущественны (например, меняют кодон, но кодируемая аминокислота остается прежней). Затем сравнивают полиморфизмы с заменами между видами. А мы в результате наших штудий регуляторных систем хотели оценить, какая доля межгенных участков у бактерий находится под стабилизирующим отбором.

В рубрике «Лекции» мы выбираем для вас самые интересные лекции авторов ПостНауки, прочитанные ими на различных площадках, и публикуем в привычном формате. Так мы со временем соберем лучшие выступления ученых в одном месте. Чтобы посоветовать нам лекции, пишите postnauka@postnauka.ru.