מבני ה- DNA המסיביים של בורג מבלבלים את המדענים

תוכן עניינים:

מבני ה- DNA המסיביים של בורג מבלבלים את המדענים
מבני ה- DNA המסיביים של בורג מבלבלים את המדענים
Anonim

הבורגים נחתו - או לפחות חוקרים מצאו את עמיתם על כדור הארץ. מדענים המנתחים דגימות מאזורים בוציים במערב ארצות הברית גילו מבני DNA חדשים שנראה כי הם אוספים ו"הטמעים "גנים מיקרוביאליים בסביבה, בדומה לחייזרים הבדיוניים ממסע הכוכבים, הבורג, המטמיעים ידע וטכנולוגיה ממינים אחרים..

קווצות DNA ארוכות במיוחד אלה, שמדענים קראו לה על שם חייזרים, מצטרפות לאוסף מגוון של מבנים גנטיים - כגון פלסמידים מעגליים - המכונים יסודות אקסטרכרומוזומליים (ECE). לרוב החיידקים יש כרומוזומים אחד או שניים המקודדים לתוכנית הגנטית הבסיסית שלהם. אבל הם יכולים להכיל ולעתים קרובות לשתף IQE שונים. הם נושאים גנים לא חיוניים אך שימושיים, כגון גנים של עמידות לאנטיביוטיקה.

בורג'י הם סוג ECE שלא היה ידוע, ייחודי ו"מדהים בהחלט ", אומרת ג'יל בנפילד, גיאומיקריולוגית מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי. היא ועמיתיה תיארו את המבנים שגילו בהדפסה מוקדמת המתארחת בשרת bioRxiv1. העבודה טרם נבדקה.

בניגוד לכל מה שנראה בעבר

בורגס הם מבני DNA "שלא כמו כל דבר שראינו בעבר", אומר ברט בייקר, מיקרוביולוג מאוניברסיטת טקסס באוסטין.

בשנים האחרונות, "אנשים התרגלו להפתעות ESE", אומר הואנג לי, מיקרוביולוג באקדמיה הסינית למדעים בבייג'ין. "עם זאת, גילוי הבורגים, אשר ללא ספק מעשיר את הרעיון של הפריה חוץ גופית, שימח מומחים רבים בתחום זה".

גודלם העצום - מ -600,000 ל -1 מיליון זוגות בסיס DNA באורכן - הוא אחד המאפיינים המייחדים את הבורגים מרובי ECE אחרים. Borgs כל כך ענק שהם עד שליש מאורך הכרומוזום הראשי של החיידקים המארחים, אמר בנפילד.

בנפילד חוקרת את השפעות החיידקים על מחזור הפחמן, כולל ייצור ופירוק מתאן, גז חממה רב עוצמה, ובאוקטובר 2019 יצאו היא ועמיתיה לחפש אחר ECE המכילים גנים המעורבים במחזור הפחמן בקליפורניה. לְהַצִיף. שם הם מצאו את הבורגים הראשונים ומאוחר יותר זיהו 19 סוגים שונים ממקומות אלה ודומים בקולורדו ובקליפורניה.

נראה כי בורחס קשור לארכאה, שהם מיקרואורגניזמים חד תאיים מלבד חיידקים. באופן ספציפי, הבורגים שהתגלו על ידי בנפילד וצוותה קשורים למין מתנופרדנס, המעכל ומפרק מתאן. ונראה שהגנים של בורג מעורבים, אומר בנפילד.

מדענים עדיין אינם מסוגלים לטפח Methanoperedens במעבדה, המהווה בעיה מתמשכת עבור חיידקים רבים, כך שמסקנות הצוות כי הבורגה יכולה לשמש את Archaea לעיבוד מתאן מבוססות רק על נתוני רצף.

עלויות והטבות

אם הבורגים קיימים, שמירה על ESE כה מסיבי תהיה יקרה עבור המתנופרדנים, אומרים בנפילד ועמיתיו, ולכן מבני ה- DNA חייבים להועיל במידה מסוימת. כדי לברר מה זה יכול להיות, החוקרים ניתחו את הרצפים של מאות גני Borg והשוו אותם עם גנים ידועים.

נראה כי Borgs מכיל מגוון גנים הדרושים לתהליכים מטבוליים שלמים, כולל עיכול מתאן, אמר בנפילד. היא קוראת לאוספים אלה "ארגז כלים" שיכול להרחיב את היכולות של Methanoperedens.

מה הופך בורג לבורג?

מלבד גודלם המדהים, הבורגים חולקים מספר מאפיינים מבניים משותפים: הם ליניאריים ולא מעגליים כמו ECE רבים; הם שיקפו רצפים חוזרים בכל קצה הגדיל; ויש להם רצפים רבים שחוזרים על עצמם הן בתוך והן בין גנים משוערים.

בורחס דומה גם לפלסמידים הליניאריים הענקיים הנמצאים באקטינובקטריה השוכנת בקרקע, אומר ג'וליאן רפאל דיב, מיקרוביולוג במפעל הניסוי לתהליכים תעשייתיים מיקרוביולוגיים בטוקומן, ארגנטינה.

בנפילד טוען כי למרות שתכונות בודדות של הבורג נמצאו בעבר, הן נבדלות על ידי "גודל, שילוב ועומס מטבולי של גנים". היא מציעה שפעם היו חיידקים שלמים והוטמעו על ידי מתנופרנים באופן דומה לתאים אוקריוטים שקיבלו מיטוכונדריה יוצרות אנרגיה על ידי הטמעת חיידקים חיים חופשיים.

כעת, כשמדענים יודעים מה לחפש, הם יכולים למצוא עוד בורגים על ידי ניפוי נתונים ישנים, אומר בייקר, שעבד בעבר במעבדה של בנפילד. הוא סבור שאולי כבר גילה מספר מועמדים במאגר הנתונים הגנטי שלו לאחר פרסום הדפוס המקדים.

התנגדות היא חסרת תועלת

על ידי ניתוח הגנום של בורג, בנפילד ועמיתיו ראו גם סימנים לכך שהבורגים מטמיעים גנים ממקורות שונים, כולל הכרומוזום הראשי של מתנופרדנס, אומר בנפילד. פוטנציאל זה של "הטמעה" של גנים גרם לבנה להציע את השם "בורג" בארוחת חג ההודיה בשנת 2020.

צוות בנפילד לומד כעת את תפקודם של הבורגים ואת תפקידם של העתקי ה- DNA שלהם. החזרות חשובות לחיידקים: חזרות על מבנה שונה, הנקראות CRISPR, הן שברי הקוד הגנטי של וירוסים שחיידקים כוללים בדנ"א שלהם על מנת "לזכור" פתוגנים ולהגן נגדם בעתיד.

CRISPR והחלבונים הנלווים אליו הפכו ברכה לביוטכנולוגיה מכיוון שהותאמו לטכניקות עריכת גנים רבות עוצמה - רמז לכך שגם הגנום של Borg יכול להיות כלים שימושיים. "זה אולי חשוב ומעניין כמו CRISPR, אבל אני חושב שזה יהיה דבר חדש", אומר בנפילד, המשתף פעולה במחקר עתידי עם מחברת ג'ניפר דודהנה, חלוצה לעריכת גנים מבוססת CRISPR באוניברסיטת קליפורניה..

יישום פוטנציאלי אחד שהחוקרים רואים עבור הבורגים יכול להיות לסייע במאבק בשינויי האקלים. גירוי הצמיחה של חיידקים המכילים אותם עשוי להפחית את פליטת המתאן של ארכאיות השוכנות בקרקע, שהן כ -1 גיגה טון בשנה ברחבי העולם.

זה יהיה מסוכן לעשות זאת בשטחי ביצות טבעיים, אמר בנפילד, אבל זה עשוי להיות מתאים באזורים חקלאיים. אז כצעד ראשון, הקבוצה שלה צדה כעת בורגס בשדות האורז של קליפורניה.

מוּמלָץ: