Биоинформатики из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) и университета в Линчепинге (Швеция) установили, что гены в бактериальных геномах находятся в определенном порядке. В научном журнале Science ученые описали, что гены расположены в соответствии с их функциям: если они становятся все более важными при быстром росте, то располагаются рядом с началом репликации ДНК. Соответственно, место генов влияет на то, как меняется их активность в зависимости от скорости роста.
Распределены ли гены по бактериальной хромосоме беспорядочно, будто кристаллы соли, высыпанные из солонки? Это мнение, которого придерживается большинство исследователей, теперь оспаривает группа биоинформатиков под руководством профессора д-ра Мартина Лерчера, главы исследовательской группы вычислительной клеточной биологии HHU.
Когда бактерии воспроизводят свой генетический материал, готовясь к делению клетки, они начинают процесс в определенной точке бактериальной хромосомы и продолжают его вдоль хромосомы в обоих направлениях.
Доктор Сяо-Пань Ху, ведущий автор исследования, пояснил: «В течение короткого времени в ходе этого процесса существует больше копий тех генов, которые расположены ближе к началу репликации, чем тех, которые находятся дальше. Соответственно, гены, расположенные ближе к началу репликации, могут считываться чаще».
«Мы установили, что такие гены особенно важны для роста клеток — например, те, из продуктов которых собираются белки бактерий», — добавляет профессор Лерчер, автор исследования. «Напротив, гены, редко необходимые в фазах роста, обычно находятся на противоположном конце хромосомы, где они дублируются на поздних стадиях».
Ученые использовали биоинформационные и математические методы для анализа положения более чем 4 400 семейств генов у более чем 900 различных видов бактерий. Было обнаружено, что расположение генов вдоль хромосомы возникло в результате эволюционного давления, поскольку те бактерии, которые могут расти особенно быстро благодаря оптимально расположенным генам, имеют эволюционное преимущество.
Доктор Ху: «Теперь мы лучше понимаем, как бактерии контролируют свои гены. Полученные результаты нас очень удивили. Они прекрасно объясняют важный аспект эволюции бактерий: правильное расположение генов дало существующим сегодня бактериям преимущество перед конкурентами. Эти знания также могут помочь в разработке более эффективных синтетических бактерий, например, для биотехнологических или медицинских целей».
[Фото: HHU / Xiao-Pan Hu]
