У геномі людей і вищих тварин можна знайти багато генів, які прийшли до них від нижчих організмів і продовжують працювати на благо своїх нових господарів.
У людському геномі можна знайти 145 генів, які потрапили до нас від бактерій і найпростіших еукаріот - до такого висновку прийшли дослідники з Кембриджу, які порівняли геноми декількох десятків видів живих організмів. Результати роботи опубліковані в Genome Biology.
Гени, несхожі на людські, у людей знаходили і раніше, проте ще не так давно це вважалося нонсенсом - як гени бактерій могли б з'явитися в наших хромосомах? Наявність чужих послідовностей пояснювали або еволюційним зближенням (тобто людський або бактеріальний ген під тиском природного відбору робився схожий на бактеріального або людського «колегу»), або просто недосконалістю методів, що використовуються для прочитання-секвенування нуклеотидних послідовностей.
З іншого боку, відомо, що у бактерій дуже широко поширене горизонтальне перенесення генів (ГПГ): коли якась послідовність ДНК переходить не у спадок від батька до нащадка, а від однієї бактеріальної клітини до іншої поза процесом розмноження. Бактерії можуть передавати і приймати чужу ДНК в процесі кон'югації один з одним, або ж коли одна клітина поглинає іншу, або ж просто підбираючи з навколишнього середовища ДНК, що залишилася від іншої клітини. Масштаби і важливість ДПГ важко переоцінити, адже багато в чому саме завдяки горизонтальному перенесенню генів бактерії забезпечують собі генетичне розмаїття і тому можуть пристосовуватися до мінливих умов, освоювати нові субстрати тощо. У еукаріот, до яких ставимося і ми з вами, генетичне розмаїття створюється перетасовуванням хромосом (і частин хромосом) при статевому розмноженні, так що горизонтальне перенесення генів еукаріотам начебто і не потрібен, і що якщо він у кого і є, то тільки у нижчих, одноклітинних форм.
Але потім стали з'являтися дані, які говорили про те, що і у вищих еукаріот горизонтальне перенесення має місце. Один з найвідоміших прикладів - взаємини бактерії-симбіонта вольбахії з її господарями: членистоногі, в яких вона живе, придбали від вольбахії деякі з її генів. Також вдалося показати, що в деяких клітинах людини є гени бактерій, які можуть запускати неконтрольований клітинний поділ і перетворення нормальних клітин на ракові. Бактеріальне походження було показано також для гена FTO, мутації в якому, як вважається, служать однією з головних причин ожиріння. Взагалі ж число чужорідних генів у людини не перевищувало 17.
Однак систематичного аналізу того, наскільки перенесення генів поширене серед еукаріот, довгий час ніхто не робив, і всі вважали за краще посилатися на роботи початку 2000-х років, в яких говорилося, що у вищих тварин, і вже тим більше у людини, нічого такого не відбувається. Тепер цю точку зору, мабуть, доведеться переглянути. Аластер Крісп (Alastair Crisp) і його колеги вибрали для порівняння 40 геномів тварин, від приматів до хробаків. Спеціальний алгоритм оцінював кожен ген на предмет його схожості послідовностями з бактерій і найпростіших. Зрозуміло, що ген, потрапивши в тваринну клітку, повинен був змінитися, так що 100-відсоткової схожості ніхто не очікував. Але, якщо послідовність була на 55-88% схожа на бактеріальну, то її вважали такою, що з'явилася у тварини в результаті ДПГ.
Самі автори роботи кажуть, що в цілому така поширеність горизонтального перенесення серед еукаріот для них не стала великим сюрпризом - набагато дивніше було те, що у хребетних і безхребетних він йшов з однаковою частотою. Втім, щодо деяких видів дослідники не цілком впевнені, що їм вдалося точно оцінити кількість «горизонтально-перенесених» генів: проблема в тому, що не у всіх тварин геноми прочитані з належною ретельністю, і подекуди сліди перенесення можуть бути помилковими. Однак щодо найбільш вивчених геномів, що належать людині, дрозофілі Drosophila melanogaster і нематоді Caenorhabditis elegans, сумніватися не доводиться - в них дійсно можна знайти досить багато генів з бактерій. При цьому вони, вбудувавшись в хромосому тваринної клітини, ніби одомашнюються, набуваючи рис власне тварин генів. Так, 95% чужих генів у геномах приматів і деяких нематод придбали інтрони - нечитані фрагменти ДНК, які характерні саме для еукаріот. Багато генів, які «переїхали», продовжують працювати на новому «місці проживання», і у людей вони кодують деякі імунні білки і багато метаболічних ферментів, що відповідають за розщеплення жирних кислот, амінокислотний обмін і ряд інших біохімічних процесів. (Наприклад, фермент, що синтезує у нас гіалуронову кислоту, яка потрібна сполучній, епітеліальній і нервовій тканинах, потрапив до нас, очевидно, від грибів.)
У геном людей бактеріальні гени проникли досить давно, ще в часи нашого спільного з іншими приматами предка. Порівняно з нами у мух дрозофіл і хробаків нематод горизонтальне перенесення востаннє відбувалося набагато пізніше. Як нові гени вбудовуються в багаторівневу молекулярну систему управління генетичною активністю, яка у еукаріот славиться своєю складністю, ще належить з'ясувати. Різні види можуть бути різною мірою схильні приймати гени бактерій, однак еволюційні наслідки таких подій, незважаючи на їх рідкість, можуть бути величезними. Згадаймо, наприклад, недавню роботу співробітників з Ліонського університету, які показали, що гриби змогли вступити в симбіоз з рослинами саме завдяки бактеріальним генам. (Гриби, як ми пам'ятаємо, теж ставляться до еукаріотів.)
З іншого боку, деякі фахівці налаштовані щодо нових результатів цілком скептично: мовляв, у новій роботі знову не приділили належної уваги альтернативним поясненням, чому ми раптом виявляємо бактеріальні гени в людській ДНК (а серед таких пояснень, як ми говорили вище, можуть бути різні, від еволюційних до методичних). Хоча, очевидно, подальша дискусія тут буде йти щодо того, наскільки часто такі події відбуваються - в тому, що таке перенесення в принципі можливе, сумнівів майже ні в кого не залишилося.