Borgin massiiviset DNA -rakenteet hämmentävät tutkijoita

Sisällysluettelo:

Borgin massiiviset DNA -rakenteet hämmentävät tutkijoita
Borgin massiiviset DNA -rakenteet hämmentävät tutkijoita
Anonim

Borgit ovat laskeutuneet - tai ainakin tutkijat ovat löytäneet vastapuolensa maan päällä. Tutkijat, jotka analysoivat näytteitä mutaisilta alueilta Länsi -Yhdysvalloissa, ovat löytäneet uusia DNA -rakenteita, jotka näyttävät keräävän ja "omaksuvan" mikrobigeenit ympäristöön, aivan kuten Star Trekin, Borgin, fiktiiviset muukalaiset, jotka omaksuvat tietoa ja tekniikkaa muista lajeista.

Nämä erittäin pitkät DNA -säikeet, jotka tiedemiehet ovat nimittäneet ulkomaalaisten mukaan, liittyvät monipuoliseen kokoelmaan geneettisiä rakenteita - kuten pyöreitä plasmideja - jotka tunnetaan kromosomin ulkopuolisina elementeinä (ECE). Useimmilla mikrobeilla on yksi tai kaksi kromosomia, jotka koodaavat niiden perinnöllistä suunnitelmaa. Mutta ne voivat sisältää ja usein jakaa monia erilaisia IQE: itä. Niissä on ei-välttämättömiä mutta hyödyllisiä geenejä, kuten antibioottiresistenssigeenejä.

Borghit ovat aiemmin tuntematon, ainutlaatuinen ja "aivan upea" ECE -tyyppi, sanoo Jill Banfield, geomikrobiologi Kalifornian yliopistosta, Berkeley. Hän ja hänen kollegansa kuvailivat rakenteita, jotka he löysivät bioRxiv1 -palvelimessa olevasta esipainatuksesta. Teosta ei ole vielä arvioitu.

Toisin kuin kaikki aiemmin nähty

Borges ovat DNA -rakenteita "toisin kuin mitä olemme aiemmin nähneet", sanoo Brett Baker, mikrobiologi Texasin yliopistosta Austinista.

Viime vuosina "ihmiset ovat tottuneet ESE -yllätyksiin", sanoo Pekingin Kiinan tiedeakatemian mikrobiologi Huang Li. "Kuitenkin Borgsin löytö, joka epäilemättä rikastuttaa IVF -käsitettä, on ilahduttanut monia tämän alan asiantuntijoita."

Heidän pelkkä koko - 600 000 - 1 miljoona DNA -emäsparia - on yksi ominaisuus, joka erottaa Borgsin monista muista ECE: stä. Borgs ovat niin valtavia, että ne ovat jopa kolmasosa isäntämikrobien pääkromosomin pituudesta, Banfield sanoi.

Banfield tutkii mikrobien vaikutuksia hiilikiertoon, mukaan lukien voimakkaan kasvihuonekaasun, metaanin tuotanto ja hajoaminen, ja lokakuussa 2019 hän ja hänen kollegansa lähtivät etsimään ECE: itä, jotka sisältävät hiilen kiertoon osallistuvia geenejä Kaliforniassa suolla. Siellä he löysivät ensimmäiset Borgsit ja tunnistivat myöhemmin 19 eri tyyppiä tästä ja vastaavista paikoista Coloradossa ja Kaliforniassa.

Borges näyttää liittyvän arkeioihin, jotka ovat muita yksisoluisia mikro -organismeja kuin bakteereja. Erityisesti Banfieldin ja hänen tiiminsä löytämät Borgsit liittyvät Methanoperedens -lajeihin, jotka sulavat ja hajottavat metaania. Ja Borgin geenit näyttävät olevan mukana, Banfield sanoo.

Tutkijat eivät vielä pysty viljelemään Methanoperedensia laboratoriossa, mikä on jatkuva ongelma monille mikrobeille, joten ryhmän johtopäätökset siitä, että Archaea voi käyttää borgia metaanin käsittelyyn, perustuvat vain sekvenssitietoihin.

Kustannukset ja hyödyt

Jos Borgs on olemassa, niin massiivisen ESE: n ylläpitäminen olisi kallista Methanoperedensille, Banfield ja kollegat sanovat, joten DNA -rakenteista on oltava hyötyä. Selvittääkseen, mikä se voisi olla, tutkijat analysoivat satojen Borg -geenien sekvenssejä ja vertasivat niitä tunnettuihin geeneihin.

Borgs näyttää sisältävän erilaisia geenejä, joita tarvitaan kokonaisiin aineenvaihduntaprosesseihin, mukaan lukien metaanin hajotus, Banfield sanoi. Hän kutsuu näitä kokoelmia "työkalupakiksi", joka voi laajentaa Methanoperedensin ominaisuuksia.

Mikä tekee Borgista Borgin?

Silmiinpistävän koon lisäksi Borgeilla on useita yhteisiä rakenteellisia piirteitä: ne ovat lineaarisia eikä pyöreitä, kuten monet ECE: t; niissä on peilatut toistuvat sekvenssit säikeen kummassakin päässä; ja niillä on monia muita toistuvia sekvenssejä sekä oletettujen geenien sisällä että niiden välillä.

Borges muistuttaa myös jättiläisiä lineaarisia plasmideja, joita löytyy maaperässä asuvista aktinobakteereista, sanoo Julian Rafael Deeb, mikrobiologi Tucumanin Argentiinan mikrobiologisten teollisuusprosessien kokeellisessa laitoksessa.

Banfield väittää, että vaikka Borgin yksilöllisiä piirteitä on löydetty aiemmin, ne erottuvat "geenien koon, yhdistelmän ja aineenvaihduntakuorman" perusteella. Hän ehdottaa, että ne olivat aikoinaan kokonaisia mikrobeja ja metanopereenit sulautuivat niihin samalla tavalla kuin eukaryoottisolut saivat energiaa tuottavia mitokondrioita omaksumalla vapaasti eläviä bakteereja.

Nyt kun tiedemiehet tietävät, mitä etsiä, he voivat löytää lisää Borgeja seulomalla vanhoja tietoja, sanoo Banfieldin laboratoriossa aiemmin työskennellyt Baker. Hän uskoo, että hän on ehkä löytänyt useita ehdokkaita omasta geneettisestä tietokannastaan esipainatuksen julkaisemisen jälkeen.

Vastarinta on turhaa

Analysoimalla Borgin genomia Banfield ja hänen kollegansa näkivät myös merkkejä siitä, että Borgit assimiloivat geenejä eri lähteistä, mukaan lukien Methanoperedensin pääkromosomi, Banfield sanoo. Tämä geenien "assimilaation" mahdollisuus sai poikansa ehdottamaan nimeä "Borg" kiitospäivän illallisella vuonna 2020.

Banfield -tiimi tutkii parhaillaan Borgien toimintaa ja niiden DNA -kopioiden roolia. Toistot ovat tärkeitä mikrobille: eri rakenteen toistot, nimeltään CRISPR, ovat fragmentteja virusten geneettisestä koodista, jotka mikrobit sisällyttävät omaan DNA: hansa "muistamaan" taudinaiheuttajat ja suojautumaan niitä vastaan tulevaisuudessa.

CRISPR: stä ja siihen liittyvistä proteiineista on tullut biotekniikan siunaus, koska ne on mukautettu tehokkaiksi geenien editointitekniikoiksi - vihje siitä, että myös Borgin genomit voivat olla hyödyllisiä työkaluja. "Se voi olla yhtä tärkeä ja mielenkiintoinen kuin CRISPR, mutta luulen, että siitä tulee uusi asia", sanoo Banfield, joka tekee yhteistyötä tulevassa tutkimuksessa yhdessä kirjoittajan Jennifer Doudnan kanssa, joka on CRISPR-pohjainen geenieditoinnin edelläkävijä Kalifornian yliopistossa..

Yksi mahdollinen sovellus, jonka tutkijat näkevät Borgsille, voisi olla auttaa ilmastonmuutoksen torjumisessa. Niitä sisältävien mikrobien kasvun stimuloiminen voisi mahdollisesti vähentää maaperässä asuvien arkeioiden metaanipäästöjä, jotka ovat maailmanlaajuisesti noin 1 gigatonnia vuodessa.

Olisi riskialtista tehdä tämä luonnollisilla kosteikoilla, Banfield sanoi, mutta se saattaa olla tarkoituksenmukaista maatalousalueilla. Joten ensimmäisenä askeleena hänen ryhmänsä metsästää nyt Borgsia Kalifornian riisipelloilla.

Suositeltava: