Американські науковці знайшли доводи на користь того, що один з ключових для зору хребетних тварин генів отриманий від бактерій більш ніж 500 мільйонів років тому. Результати свідчать, що такі складні структури як око хребетних можуть розвиватися і завдяки набутим від інших організмів генів, а не лише поступовій модифікації наявного генетичного матеріалу, пишуть автори у журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Який ген хребетні взяли від бактерій?
Очі хребетних тварин мають дуже складну будову. І хоча її поступовий розвиток у процесі еволюції доволі добре досліджений і відомий, але окремі деталі в цей еволюційний процес не вписуються. Наприклад, походження білка IRBP, який забезпечує фізичне розділення клітин-фоторецепторів та клітин пігментного епітелію сітківки у всіх хребетних, але відсутній у найближчих родичів-безхребетних. Він допомагає повторно використовувати світлочутливі молекули ретиноїди. Коли світло потрапляє на фоторецептори сітківки, воно активує ретиноїди, які через зміну форми посилають електричний імпульс до зорового нерва. А білок IRBP зміщує змінені ретиноїди до клітин пігментного епітелію, де вони набувають початкової форми, та повертає до фоторецепторів. Білок вважається важливим для зору хребетних у тьмяному світлі, а його мутації часто спричиняють важкі хвороби сітківки.
Оскільки у безхребетних немає гена, схожого на ген білка IRBP, науковці Каліфорнійського університету в Сан-Дієго припустили, що предок усіх сучасних хребетних тварин перейняв його від когось іншого. Тож вони проаналізували більш ніж 900 геномів живих організмів, щоб знайти ген, близький до IRBP.
Чому саме бактерій назвали джерелом гена?
Ще майже тридцять років тому науковці звернули увагу на те, що ген білка IRBP схожий із бактеріальними генами. Однак тоді це списали на забруднення зразків людського геному бактеріальною ДНК або походженням гена взагалі від перших одноклітинних організмів, які були предками усіх сучасних живих істот. На користь останньої гіпотези свідчило те, що схожий на IRBP ген виявили у однієї з рослин. Та зрештою сучасні технології дозволили підтвердити, що ген IRBP у хребетних найбільше подібний саме з генами бактерій, які кодують фермент пептидазу. Автори вважають, що він міг передатися предку усіх сучасних хребетних, який жив більш ніж 500 мільйонів років тому, внаслідок горизонтального перенесення генів — передачі генетичного матеріалу між двома організмами, що не обов'язково є спорідненими.
Хоча ген пептидази у бактерій кодує білок для відщеплення амінокислот, після передачі хребетним він змінювався та набув здатності покидати клітини, а також зв'язуватися й переміщувати світлочутливі молекули, як-от ретиноїди. Ген також двічі пройшов дуплікацію, через що у геномі хребетних присутні чотири його копії.
А проте, вивчення у ширшому контексті показало, що ген бактеріальних пептидаз передався не лише хребетним. Його знайшли і в грибів, у яких відповідний білок зберіг здатність відщеплювати амінокислоти, та в ланцетників (Amphioxus), у яких він теж може бути залученим до зору. Таким чином, гени бактеріальної пептидази незалежно передавалися еукаріотам щонайменше три рази.