Odkud pocházejí geny bakterií? Odpověď je poněkud komplikovanější, než by se dalo říct s ohledem na naši eukaryotickou zkušenost. Jak vznikají nové geny křečka, muchomůrky nebo blínu? Úplně nejčastěji kupodivu duplikací genů již existujících. Jako ostatně nic v reálné přírodě, ani replikační mašinka DNA polymerázy není ani zdaleka dokonalá.

Zvětšit obrázek

Bakteriální DNA polymeráza III E. coli v akci. Tohle je pravý smysl života, stačí si jen sáhnout.

 Dělá chyby. Někdy i opravdu velké chyby. Replikační strojek se během replikace – čili zdvojování DNA za účelem rozdělení buňky na dvě – občas zadrhne a nějaký úsek DNA, zahrnující třeba i gen a někdy i hodně genů, omylem udělá ještě jednou. A protože DNA podle všeho nemá andělíčka-strážníčka, tak takovéhle chyby v genomu zůstávají a poslušně se kopírují do dalších generací. Na jednu stranu je to bohapusté plýtvání, na stranu druhou zase výborný substrát pro evoluci, která si najednou může s tímhle zdvojeným místem dělat, co jenom chce. Třeba zdejší geny přečarovat na geny nové, se všemi možnými důsledky.

Bakterie a archea jsou sice menší, ale prohnanější. Dovedou nové geny získat i jinak. Kromě nudné duplikace genů oproti eukaryotům i častěji využívají služeb virů. Viry krom toho, že ničí hostitelské buňky, občas i mezi svými oběťmi pašují genetickou informaci. A když se to tak vezme, tak bakterie a archea běžně provozují genetickou burzu a čile si vzájemně vyměňují útržky DNA. Ve všech třech zmíněných případech, tedy skrze duplikaci genů, virový přenos a přímý přenos DNA mezi buňkami, dochází i k přenosu celých genů – čili k „horizontálnímu“ přenosu genů (HPG). Slušný způsob přenosu genů – z rodičovské do dceřinné generace buněk je v této řeči zase „vertikální“.

Až donedávna nebylo vůbec jasné, jak velkou roli u bakterií nebo archeí HPG hraje. V době explozivního rozvoje genomiky se však nemožné snadno stává možným. Tým badatelů pod vedením E. Leratové elegantně využil plně osekvenované genomy bakterií ze skupiny g-Proteobakteria. V ní najdete zajímavé kousky počínaje mediální stálicí Escherichia coli, přes neméně slavné druhy rodu Salmonella až po nezaslouženě méně známé druhy bakterií fixujících vzdušný dusík.

Zvětšit obrázek

Salmonella. Hráč genetické burzy proteobaktérií. V našich kruzích nepopulární.

Leratovou a její kolegy čekala doslova detektivní práce. Pokud je nějaký gen ve více druzích bakterií zároveň, mohl se do nich dostat buď HPG, nebo mohl být způsobně zděděn od předků. A když je třeba nějaký gen v genomu jednoho druhu bakterie na dvou místech, mohla úplně klidně jedna jeho kopie přijít od předka a ta druhá díky HPG. Autoři proto jako pevný bod své studie zvolili všeobecně přijímanou fylogenezi g-proteobakterií, se kterou pak následně porovnávali fylogenetické stromy jednotlivých genů.

Ukázalo se, že právě HPG hraje klíčovou roli při získávání nových genů g-proteobakterií. g-proteobakterie rozličné geny vesele získávají a opět ztrácejí, přičemž se jednotlivé sledované druhy bakterií v téhle dovednosti vzájemně poměrně liší. Genové duplikace jsou pro evoluci genomů g-proteobakterií mnohem méně významné, i když podle všeho mohou být důležité pro rychlé adaptace při řešení konkrétních problémů. Jak se zdá, nové geny do bakterií prostřednictvím HPG proudí v podstatě neustále. A osud většiny z nich se poměrně rychle naplní – bakterie je zase ztrácejí. Jen v některých případech se geny přivandrovalci stanou trvalými obyvateli bakteriálního genomu.

Pro bakterie je jistě pohodlné přijít k hotovým funkčním genům. V některých případech je mohou ihned úspěšně využít. Pozornému čtenáři jistě neuniklo, že tenhle model evoluce jakoby nemá začátek. Bakterie si pořizují nové geny jako v nějakém supermarketu. Že by přece jen inteligentní konstruktér tvořící geny jako na běžícím pásu? Ani omylem. Když soucitně pomineme fakt, že fanoušci inteligentního designéra nejsou s to alespoň vyslovit nějaké testovatelné hypotézy, jenž by jejich fantazie umožnily vyvrátit, tak každopádně detailní pohled na evoluci jednotlivých bakteriálních genů „překvapivě“ neodhaluje visačku made in god, ale úplně normální fylogenetické stromečky.

PloS Biology DOI: 10.1371/journal.pbio.0030169 a DOI: 10.1371/journal.pbio.0030130