Мъртвите клетки обикновено са молекулярни „затънтени кътчета“: техните крехки РНК-съобщения бързо изчезват и не се очаква нова генетична активност. Но когато Йенс Хардер и колегите му изследваха останките на архея, произвеждаща метан, те откриха необичайно устойчиво РНК-пръстенче — очевидно освободено от хищна бактерия и заловено в момент, когато се е опитвало да се размножи вътре в жертвата си.

Откритието, направено от изследователи от Института „Макс Планк“ по морска микробиология в Бремен, показва, че гените не винаги се наследяват само от родител на потомство. Някои гени могат да се преместват и в този случай изследователите директно наблюдаваха доказателства, че „скачащ“ ген може да се предава между видове – от хищник към плячка.

Скачащите гени са генетични паразити, срещащи се при бактерии, растения, животни и хора. Те могат да се освобождават вътре в клетките под формата на малки РНК-молекули от рибонуклеинова киселина (РНК), след което използват специализирани механизми, за да се вмъкнат в други части на генома. Когато се установят на ново място, понякога могат да придадат на клетката нови характеристики, което може да ускори еволюционните промени. Един специален вид скачащ ген е известен като самосплисиращ интрон. Тези интрони използват РНК-ензим, наречен рибозим, за да се откъснат от РНК. Тази способност ги прави необичайно независими в рамките на клетката.

Придвижването в рамките на една клетка е едно нещо. Преминаването в друга клетка или в друг вид е много по-трудно. Изследванията на еволюционното родословно дърво отдавна сочат, че такива „скокове“ са се случвали, но изследователите предполагаха, че тези мобилни гени обикновено пътуват като „пътници“ в плазмиди или вируси. Йенс Хардер и колегите му сега са наблюдавали различен път.

Откритието започна в бавноразвиваща се микробна общност, която произвежда метан (биогаз) без кислород. Тази общност от бактерии и археи съдържаше неочакван доминиращ член: миниатюрна хищна бактерия, наречена Candidatus Velamenicoccus archaeovorus. Нейната плячка бяха микроорганизми, които разграждат лимонен – съединението, отговорно за аромата на портокалите – до метан и въглероден диоксид. Сред тях беше Methanothrix soehngenii, един от най-важните производители на метан на Земята. Когато Хардер и колегите му изследваха нишките ѝ, те откриха, че някои отделни клетки са мъртви.

Това повдигна ключовия въпрос дали Ca. Velamenicoccus archaeovorus ги убива? За да разберат това, изследователите трябваше да открият молекули от хищника вътре в мъртвите клетки на плячката.

Докато анализира генома на Ca. Velamenicoccus archaeovorus, Йенс Хардер открива интрон – един от тези мобилни генетични елементи. Дотогава никога не беше наблюдавана интронна РНК извън клетката. Това правеше търсенето рисковано, но и заслужаващо усилията. Ако интронът се появи в тялото на плячката, това би могло да предостави пряко доказателство за трансфер между видове.

Изследователите от Института „Макс Планк“ по морска микробиология бяха разработили методи, достатъчно чувствителни, за да откриват минимални количества РНК в бактериалните клетки. След като създадоха специфични нуклеинови киселинни сонди, те използваха микроскопия, за да търсят интрона. Изображенията показаха интронна РНК вътре в живи клетки на Ca. Velamenicoccus archaeovorus и вътре в мъртви клетки на Methanothrix soehngenii.

Мобилният ген беше фактически заловен в момент, когато се опитваше да се възпроизведе. Проблемът беше, че неговият носител, Ca. Velamenicoccus archaeovorus, вече беше убил новия гостоприемник. Скачването беше приключило в празна клетка.

Рибонуклеиновите киселини са „работните съобщения“ на живите клетки. Тези дълговерижни молекули пренасят инструкции от генетичния материал към „протеиновите фабрики“ на клетката и обикновено се разграждат бързо от краищата си. Мъртвите клетки обикновено не задържат рибонуклеинови киселини. В този случай интронната РНК е могла да оцелее, защото образува кръг. Тъй като няма отворени краища, РНК-то с пръстеновидна форма устоява на ензимите, които обикновено биха я разградили.

„Стабилността на интронната РНК в нейната пръстеновидна форма е отличителна черта. При хората циркулярните РНК-молекули влияят върху много метаболитни процеси, а тяхната роля в развитието на тумори в момента е предмет на интензивни изследвания. В процес на разработка са и приложения в РНК-ваксините, например срещу вируса на Covid и определени форми на рак. Нашето проучване показа, че при микроорганизмите „скачащите гени“ могат да се прехвърлят към други видове чрез тяхната циркулярна РНК“, казва Йенс Хардер.

Снимка: Unsplash/Jens Harder, Max Planck Institute for Marine Microbiology

Виж още: Това е най-добрият начин да ударим с ядрена ракета астероид, заплашващ Земята, и който оцелее, ще трябва да го потвърди