Geny mikrobů nejsou příliš svázané konzervativními taxonomickými pravidly a už miliardy let elegantně protékají ohromujícím počtem mikrobiálních buněk všech možných i nemožných míst na naší planetě, bez ohledu na buněčné stěny, které obklopují genetický materiál jednotlivých mikrobů.
Důsledky tohoto horizontálního přenosu genů jsou zcela jasně viditelné právě v jejich DNA. Až doposud ale nebylo příliš jasné, jak to vlastně ty zatracené bakterie dělají.
Když více něž před 30 lety vědci narazili na nezvyklý systém výměny genetického materiálu u purpurové nesirné bakterie Rhodobacter capsulatus z linie alfaproteobaktérií, tak podle všeho netušili, k jak velkému rozruchu ve světě mikrobů to nakonec povede. Postupně se ukázalo, že skoro všechny alfaproteobakterie z příbuzenstva rodobakterií velmi rády tvoří virům podobné balíčky DNA a rozesílají je okolním bakteriím, které je mohou přijmout a začlenit jejich obsah do svého genomu. Říká se jim zprostředkovatelé přenosu genů (anglicky GTA, Gene Transfer Agents) a jsou to zřejmě produkty dávných porouchaných bakteriofágů, které neúnavně balí náhodné kusy genomu buňky dárce o délce zhruba 4500 bází do proteinových pytlíků.
John Paul z University of South Florida, College of Marine Science ve městě St. Petersburg a jeho kolegové nedávno zjistili, že by klíčovým mechanismem přenosu DNA mezi různými typy bakterií mohly být právě virové balíčky GTA. Paulův tým nejprve šikovně vytvořil umělé virové zásilky, které obsahovaly geny s rezistencí vůči běžně využívanému antibiotiku kanamycinu a pak tyto balíčky vložil do pytlíků s mořskou vodou.
Pytlíky pak ponechali přes noc inkubovat v mořské vodě a nakonec zjišťovali, co se stalo s geny odolnosti vůči antibiotiku. Ukázalo se, že v experimentálních pytlících dotyčné geny nakonec přešly do celkem 47 procent ostatních bakterií. Výsledky byly natolik šokující, že nebylo až takovým problémem uveřejnit je v prestižním vědeckém časopise Science.
Paul nadšeně mluví o bakteriích jako o malých promiskuitních hajzlících, kteří jsou prostřednictvím virových balíčků propojení do obří genové sítě. Pokud nedošlo k nějakému omylu, tak je podle Paula a spol. přenos genů mezi jednotlivými typy bakterií v oceánech až 100 milionkrát častější, než si všichni dlouhou dobu mysleli.
Je li to tak, pak virové balíčky rodobakterů nepochybně hrají klíčovou roli v evoluci genomů bakterií. Je prý nepravděpodobné, že by geny s odolností vůči kanamycinu přenesly v takovém rozsahu nějakou jinou cestou, například s plazmidy, či bakteriofágy, i když to samozřejmě nejde stoprocentně vyloučit. S jejich názorem souhlasí i evoluční biolog Eugene Koonin z National Institutes of Health v americké Bethesdě, jehož tým po analýze genomu mořských virů nedávno předpověděl, že právě virové balíčky představují nejvýznamnější mechanismus horizontální přenosu genů mezi bakteriemi v oceánu. Paul a spol. jistě udělali Kooninovi a jeho kolegům radost, protože svým experimentem tuhle představu elegantně podpořili. Smutek naopak drží fylogenetici, protože extrémní zesílení vlivu horizontálního přenosu genů znesnadňuje rekonstrukci příbuzenských vztahů mezi bakteriemi.
Paul a spol. vzbudili ohromnou pozornost a to nejen kvůli momentální popularitě rezistencí vůči antibiotikům. Evoluční biolog Jeffrey Townsend z Yale University v New Haven vyzdvihuje především jejich orientaci na měření intenzity přenosu genů v reálném prostředí, která je v podobných studiích vzácná. Podle jeho názoru právě takový výzkum umožní časem pochopit evoluci genomů mikrobů a bakteriofágů, kterou pohání horizontální přenos genů. To je dobře, protože žijeme ve světě plném mikrobů a ti k nám nejsou vždy úplně přívětiví.
Pramen:
Science 330: 50, Nature News 30.9. 2010, PNAS 97: 859-864,Wikipedia (Gene transfer agent).