Extremofil géntranszfer

A baktériumok viszonylag könnyen csereberélik a genetikai anyagjukat a horizontális gén transzfernek (HGT) nevezett folyamat során, amikor teljes gének, vagy még nagyobb DNS fragmensek ugranak át egyik fajból a másikba. Sokáig úgy tűnt, hogy ami számukra pofonegyszerű, az az eukarióták számára kábé lehetetlen és a genetikai anyag ilyen bővülése komplexebb élőlényekben lehetetlen.

Ez a kvázi-dogma azért már eléggé gyenge lábakon állt az elmúlt években, hiszen egy- és kétszikű növények közt, valamint levéltetvek és gombák közt egyaránt leírtak gén transzfert. De azért ez egy-egy génre szorítkozott, így rá lehetett erőltetve mondani, hogy a “kivétel, ami erősíti a szabályt”.

A napokban aztán Galdieria sulphuraria nevű extremofil vörösalga genomja valószínűleg megadta a kegyelemdöfést “az eukariótákban nincs HGT” nézetnek, hiszen, az adatok alapján ez a faj folyamatosan szerzett géneket mind baktériumoktól, mind archea fajoktól.

A G. sulphuraria szélsőséges körülmények közt él, és bár glükóz hiányában képes fotoszintézisre (fent, balra), ha van megfelelő tápláléka, akkor nem vesződik a fényenergia hasznosításához szükséges gének átírásával (így nem is lesz zöld – fent, jobbra). Családjának, az egyébként is igencsak sav-kedvelő Cyanidiophyceae-nek különösen szívós tagja ő, forró, kénes, vulkanikus erekben találjuk, és magas arzén, kadmium, illetve egyéb toxikus fémeket tartalmazó környezeteknek gyakran ő az egyetlen eukarióta lakója.

A 13.7 Mb nagyságú genomját összevetve egy másik Cyabidiophyceae, a Cyanidioschyzon merolae genomjával rögtön az tűnik szembe, hogy hihetetlen denzitású a kódoló szekvenciák aránya: mintegy 77.5%-a fehérje kódoló anyag. Ez azt is jelenti, hogy az átlagos távolság két gén között mindössze 20 bp, csak két intron lelhető fel génenként és ezek hossza kb 55 bp. Ezek a számok már-már jobban illenek egy baktériumhoz, mint egy eukariótához és ez nem is véletlen.

A legszigorúbb feltételekkel vizsgálva is mintegy 75 önálló HGT eseményt lehet detektálni, amelyek során baktériumokból és archeákból kerültek át, az alga jelenlegi életformájához nélkülözhetetlen gének. (A HGT az alapján is valószínűsíthető, hogy ezek a gének még intronszegényebbek voltak, mint az alga átlaga és a kodonhasználatuk (az hogy milyen bázis tripletek kódolják az egyes aminosavakat) is különbözőnek bizonyult.

Az egyik legérdekesebb a hőtoleranciában szerepet játszó, archealis eredetű ATPáz gének esete, amelyek a HGT után, immár az algán belül, számos génduplikáción mentek keresztül, és mára egy egész gén-családot alkotnak. De esszenciálisnak tűnnek azok az arzén-pumpák is, amelyek a mérgező fémet kipumpálják a sejtből, vagy a higgany ionokat kevésbé mérgező fémmé redukáló enzimek is. Ezek, szintén nem a G. sulphuraria saját genomjában jöttek létre, hanem különböző extremofil baktériumok evolúciójának a termékei. És mindez cak a jéghegy csúcsa, még vannak acetát-permeázok és sok-sok egyéb membrán-transzport fehérje, amelyek mind-mind hasonló eredetű.

Leszűrhető tehát a tanulság: a szükség nagy úr és az extrém körülmények különösen elősegítik a HGT alapú géntranszfert eukariótákban is, főleg, ha azáltal fitnessz-növelő gének jutnak a sejtbe. Hogy a G. sulphuraria esetében van-e valami olyan tulajdonság, ami különösen elősegíti a HGT-k lezajlását, az nem világos, de az, mint az elején is írtam, leszűrhető, hogy a HGT az eukarióták számára is meglovagolható folyamat, így a korábbi nézetek, legalábbis eltúlzottnak tűnnek. 

Schönknecht G, Chen WH, Ternes CM, Barbier GG, Shrestha RP, et al. Gene transfer from bacteria and archaea facilitated evolution of an extremophilic eukaryote. Science 339: 1207-10.