روش جدید انتقال اطلاعات ژنتیکی در پروکلروکوک

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، از مناطق استوایی گرفته تا قطب ها، از سطح دریا تا صدها فوت زیر آن، اقیانوس های جهان مملو از یکی از کوچک ترین موجودات هستند: نوعی باکتری به نام پروکلروکوک. اکنون، تحقیقات جدید نشان می دهد که این باکتری های کوچک اطلاعات ژنتیکی را با یکدیگر مبادله می کنند. این آنها را قادر می سازد تا بلوک های کاملی از ژن ها را منتقل کنند، مانند ژن هایی که توانایی متابولیزه کردن نوع خاصی از مواد مغذی یا دفاع از خود در برابر ویروس ها را دارند، حتی در مناطقی که جمعیت آنها در آب نسبتاً کم است.
این یافته ها دسته جدیدی از عوامل ژنتیکی را توصیف می کنند که در انتقال افقی ژن نقش دارند، که در آن اطلاعات ژنتیکی مستقیماً بین ارگانیسم ها چه از گونه های مشابه یا متفاوت از طریق روش هایی غیر از تبار خطی منتقل می شود. محققان به عواملی که این انتقال را انجام می دهند، لقب (تیچپوزون) یا ( tycheposons) داده اند، که توالی هایی از DNA هستند که می توانند شامل چندین ژن کامل و همچنین توالی های اطراف باشند و می توانند خود به خود از DNA اطراف جدا شوند. سپس، آنها را می توان توسط یک یا سیستم حامل احتمالی دیگر از جمله حباب های کوچک به نام وزیکول که سلول ها می توانند از غشای خود تولید کنند، به موجودات دیگر منتقل کرد.
Chisholm، که در کشف این موجودات همه جا حاضر در سال 1988 نقش داشت، در مورد یافته های جدید می گوید: ما در مورد آن بسیار هیجان زده هستیم، زیرا این یک عامل جدید انتقال ژن افقی برای باکتری ها است، و بسیاری از الگوها را توضیح می دهد. که ما در Prochlorococcus در طبیعت، تنوع باورنکردنی را می بینیم.
هاکل، که اکنون در دانشگاه گرونینگن هلند است، می گوید که کار با مطالعه 623 توالی ژنومی گزارش شده از گونه های مختلف پروکلروکوکوس از مناطق مختلف آغاز شد، و تلاش کرد تا دریابد که چگونه می توانند به آسانی عملکردهای خاصی را از دست بدهند یا به دست آورند.
آنچه هاکل، لارنسئو و آنکنبراند بررسی کردند، (جزایری) از مواد ژنتیکی بودند که به نظر می رسیدند نقاط داغ تنوع باشند و اغلب حاوی ژن هایی بودند که با فرآیندهای کلیدی بقای شناخته شده مانند توانایی جذب مواد مغذی ضروری و اغلب محدودکننده مانند آهن یا نیتروژن یا فسفات مرتبط بودند. این جزایر حاوی ژن هایی بودند که بین گونه های مختلف بسیار متفاوت بود، اما همیشه در قسمت های یکسانی از ژنوم رخ می دادند و گاهی حتی در گونه های کاملاً متفاوت تقریباً یکسان بودند ( یک شاخص قوی از انتقال افقی ).
اما ژنوم ها هیچ یک از ویژگی های معمول مرتبط با عناصر ژنتیکی متحرک را نشان ندادند، بنابراین در ابتدا این یک معما باقی ماند. به تدریج آشکار شد که این سیستم انتقال ژن و تنوع با هر یک از چندین مکانیسم دیگر که در موجودات دیگر از جمله در انسان مشاهده شده است متفاوت است.
هاکل آنچه را که آنها پیدا کردند چیزی شبیه به مجموعه لگوهای ژنتیکی توصیف می کند، با تکه های DNA همراه به روش هایی که تقریباً فوراً می تواند توانایی سازگاری با یک محیط خاص را ایجاد کند. برای مثال، گونه ای که به دلیل در دسترس بودن مواد مغذی خاص محدود می شود، می تواند ژن های لازم برای افزایش جذب آن ماده مغذی را بدست آورد.
به نظر می رسد که میکروب ها از مکانیسم های مختلفی برای انتقال این تایپوزون ها استفاده می کنند (نامی که از نام الهه یونانی تیچه، دختر اقیانوسوس گرفته شده است). یکی استفاده از وزیکول های غشایی، حباب های کوچکی است که از سطح یک سلول باکتری بیرون می آیند و با تایپوزون های درون آن آزاد می شوند. یکی دیگر از طریق (ربایش) عفونت های ویروسی یا فاژی و اجازه دادن به آنها برای حمل تایپوزون ها همراه با ذرات عفونی خود به نام کپسید است. هاکل می گوید اینها راه حل های کارآمدی هستند، زیرا در اقیانوس باز، این سلول ها به ندرت تماس سلولی با سلول دارند، بنابراین تبادل اطلاعات ژنتیکی بدون وسیله نقلیه برای آنها دشوار است.
چیشولم می گوید که در دنیای ژنومیک، انواع مختلفی از این عناصر وجود دارد، توالی هایی از DNA که می توانند از یک ژنوم به ژنوم دیگر منتقل شوند. با این حال، او می گوید: این یک نوع جدید است. هاکل اضافه می کند که (این یک خانواده متمایز از عناصر ژنتیکی متحرک است.)
در حالی که این مطالعه مختص Prochlorococcus بود، Hackl می گوید که تیم بر این باور است که این پدیده ممکن است عمومی تر باشد. آنها قبلاً عناصر ژنتیکی مشابهی را در سایر باکتری های دریایی غیرمرتبط یافته اند، اما هنوز این نمونه ها را با جزئیات تجزیه و تحلیل نکرده اند. او می گوید: عناصر مشابه در باکتری های دیگر توصیف شده اند، و ما اکنون فکر می کنیم که ممکن است عملکرد مشابهی داشته باشند.
این تیم شامل محققان دپارتمان مهندسی عمران و محیط زیست MIT، دانشگاه وورتسبورگ در آلمان، دانشگاه هاوایی در مانوآ، دانشگاه ایالتی اوهایو، فناوری های نانوپوره آکسفورد در کالیفرنیا، آزمایشگاه علوم اقیانوس بیگلو در مین و کالج ولزلی بود. این کار توسط بنیاد سیمونز، بنیاد گوردون و بتی مور، وزارت انرژی ایالات متحده و بنیاد ملی علوم ایالات متحده حمایت شد.