В геноме трихомонады оказалось вдвое больше генов, чем у человека

На этой фотографии жгутиконосец Trichomonas vaginalis изображен в процессе клеточного деления (он делится вдоль). Фото с сайта www.k-state.edu

Прочтен геном трихомонады — возбудителя венерического заболевания трихомониаза. У крошечного паразитического жгутиконосца, как выяснилось, вдвое больше генов, чем у человека, хотя сам геном — в 20 раз меньше, что говорит об очень плотной упаковке генетической информации. В геноме трихомонады обнаружено более сотни генов бактериального происхождения, некоторые из которых облегчают паразиту прикрепление к клеткам хозяина.

Большая международная команда ученых из США, Великобритании, Дании, Канады, Бельгии, Италии, Чехии, Германии, Австралии и Тайваня сообщила в последнем номере журнала Science о прочтении генома трихомонады (Trichomonas vaginalis) — одноклеточного жгутиконосца, обитающего исключительно в мочеполовых путях человека и вызывающего венерическое заболевание трихомониаз (трихомоноз).

С биологической точки зрения трихомонада интересна прежде всего тем, что она является одним из самых примитивных представителей надцарства эукариот — организмов, обладающих клеточным ядром.

Геном трихомонады, оказывается, как минимум на 65% состоит из повторяющихся участков. Обилие повторов крайне затрудняет «сборку» прочтенных фрагментов генома в целые хромосомы (у трихомонады их шесть), и эта работа пока не закончена. Исследователи сообщают лишь о «черновом» (draft) прочтении. Однако и того, что сделано, оказалось вполне достаточно для ряда интересных выводов.

Размер генома трихомонады — около 160 млн пар оснований (у человека почти в 20 раз больше), а число генов, кодирующих белки, — около 60 000 (у человека примерно вдвое меньше). Геном трихомонады, таким образом, оказался очень «плотно упакованным». Интроны — некодирующие вставки, присутствующие в большинстве эукариотических генов, — обнаружены лишь в 65 генах трихомонады, что также говорит о сильном уплотнении информации.

Ученые обнаружили многочисленные признаки того, что трихомонада в ходе своей эволюции активно заимствовала гены у прокариот, в том числе у кишечных бактерий из группы Bacteroidetes. Всего найдено 165 генов, которые с большой вероятностью были приобретены таким образом. В основном это гены ферментов, участвующих в метаболизме углеводов и аминокислот, а также гены, кодирующие белки, при помощи которых паразит (бактерия или трихомонада) прикрепляется к клеткам хозяина.

Геном трихомонады изобилует разнообразными мобильными генетическими элементами (встроенными фрагментами вирусных геномов, транспозонами, ретротранспозонами). Анализ разнообразия и распределения мобильных и повторяющихся элементов трихомонады, а также сравнение с другими одноклеточными жгутиконосцами привел ученых к выводу, что геном трихомонады сравнительно недавно (в эволюционном масштабе времени) претерпел серьезные изменения. По-видимому, его размер недавно резко увеличился в результате дупликации (удвоения) некоторых крупных участков. В ходе приспособления к паразитическому образу жизни у трихомонады многократно «размножились» гены, необходимые для заглатывания отдельных белковых молекул и целых клеток — хозяйских или бактериальных. Все эти особенности, по-видимому, связаны с тем, что трихомонада лишь недавно начала паразитировать в мочеполовых путях человека, и процесс адаптации к новой среде обитания еще не закончен.

К числу неожиданных находок относятся гены, необходимые для мейоза — особого варианта клеточного деления, при котором число хромосом уменьшается вдвое и образуются половые клетки — гаметы. До сих пор считалось, что у трихомонады нет полового размножения (и, соответственно, мейоза), но теперь приходится признать, что половое размножение у нее все-таки есть, либо было в недавнем прошлом.

В отличие от подавляющего большинства других эукариот, трихомонада практически не нуждается в кислороде. У нее даже нет митохондрий — органелл, служащих для клеточного дыхания. Вместо них у нее имеются так называемые гидрогеносомы, внешне похожие на митохондрии и тоже обеспечивающие клетку энергией, но другим способом. В митохондриях конечные продукты (по сути дела, отходы) метаболизма цитоплазмы окисляются при помощи кислорода, при этом «оторванные» от органических молекул протоны и электроны в конечном счете соединяются с кислородом, и образуется вода. В гидрогеносомах эти протоны и электроны соединяются просто друг с другом, и образуется молекулярный водород (что, конечно, энергетически менее выгодно — в ходе этого процесса образуется меньше АТФ, чем при кислородном дыхании). В геноме трихомонады обнаружено 138 генов, кодирующих гидрогеносомные белки, причем большинство из этих белков сходны с белками митохондрий. Это подтверждает точку зрения, согласно которой митохондрии и гидрогеносомы имеют общее происхождение (напомним, что, согласно общепринятой точке зрения, митохондрии происходят от симбиотических альфапротеобактерий).

Трихомониазом заражается примерно 170 млн человек в год, поэтому прочтение генома паразита имеет большое практическое значение. Ученым удалось найти ряд новых потенциальных «мишеней для лекарств» — жизненно важных для трихомонады генов и белков, аналогов которых нет у человека и к которым фармакологи смогут подобрать вещества-ингибиторы. Сегодня трихомониаз лечат лекарствами на основе 5-нитроимидазола. Эти препараты в гидрогеносомах паразита превращаются в токсичные нитрорадикалы. Однако примерно в 2,5–5% случаев наблюдается устойчивость паразита к используемым лекарствам. Прочтение генома трихомонады позволило выявить биохимическую природу этой устойчивости и найти гены, воздействуя на которые, можно будет (предположительно) лишить паразита способности сопротивляться усилиям медиков.

Источник: Jane M. Carlton et al. Draft Genome Sequence of the Sexually Transmitted Pathogen Trichomonas vaginalis // Science. 2007. V. 315. P. 207–212.

См. также:
Число генов в геноме инфузории оказалось таким же, как у человека, «Элементы», 07.09.2006.

Александр Марков

Последние новости: Генетика, Медицина, Александр Марков

24 мая Слуховая кора избирательно слышит то, к чему мы прислушиваемся

22 мая Ген, улучшающий память, заодно повышает и риск посттравматического стрессового растройства

19 мая Эволюция видов в сообществе идет не так, как в монокультуре

17 мая Самки рыб-чистильщиков ведут себя вежливее с незнакомцами, чем с давними приятелями

15 мая Обилие редких мутаций в генофонде человечества существенно превышает современные оценки

26 апреля Сегменты у насекомых развиваются по часам

25 апреля Злокачественные опухоли и их метастазы не только растут, но и активно изменяются независимо друг от друга

24 апреля Личинки губок видят нетрадиционным способом

23 апреля Искусственные полимеры могут хранить генетическую информацию

18 апреля Дрожжи занимаются сексом не от хорошей жизни

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):