19 nov 2013
Ilustração de bactérias que ocupam os fragmentos de DNA de seus arredores. Alguns dos fragmentos de DNA captadas atribuem ao próprio DNA das bactérias e são incorporados. (Crédito: Katrine harving Holm).
Da perspectiva de um bactérias, o meio ambiente é um grande pátio de resíduos de DNA. Agora, pesquisadores da Dinamarca e Noruega mostraram que as bactérias podem assumir pequenas, bem como grandes pedaços de DNA antigo dessa sucata e incluí-lo em seu próprio genoma.
Esta descoberta pode ter grandes consequências, tanto em conexão com a resistência aos antibióticos nos hospitais e na nossa percepção da evolução da própria vida.
Nosso ambiente contêm grandes quantidades de DNA fortemente fragmentada e danificado, o que está sendo degradada. Algumas delas podem ser milhares de anos.
Experimentos de laboratório com os micróbios e vários tipos de DNA mostraram que as bactérias ocupam DNA muito curto e danificado a partir do ambiente e passivamente integrá-lo em seu próprio genoma.
Além disso, este mecanismo também foi mostrado para trabalhar com a captação de DNA de mamute 43,000 anos de idade um moderno das bactérias.
Os resultados foram publicados apenas no Proceedings of the National Academy of Sciences (acesso aberto).
Evolução em segunda mão
Diagrama do antigo experimento DNA. DNA de mamute foi usado como DNA do doador para a transformação natural do hisC :: tensão 'ND5i' (crédito:. Søren Overballe-Petersen et al / PNAS )
A descoberta deste uso de segunda mão de DNA antigo ou fragmentado pode ter grandes consequências futuras.Postdoc Søren Overballe-Petersen do Centro de GeoGenetics no Museu de História Natural da Dinamarca, primeiro autor do artigo, diz que é bem conhecido que as bactérias podem levar até pedaços longo intactos de DNA. "Mas até agora a suposição foi de que fragmentos de DNA curtas eram biologicamente inativo. Agora mostramos que essa suposição era errada. Contanto que você tem apenas uma pequena quantidade de DNA que sobraram existe a possibilidade de que as bactérias podem voltar a usar o DNA ".
"Uma conseqüência disto é nos hospitais que têm problemas persistentes com a resistência aos antibióticos", dizKaare M. Nielsen , da Universidade de Tromsø, na Noruega. "Em alguns casos, eles vão ter que começar a estudar a forma de eliminar restos de DNA. Até agora, o foco tem sido em matar bactérias que vivem patógeno, mas isso já não é suficiente nos casos em que outras bactérias depois pode usar os fragmentos de DNA que contêm a resistência aos antibióticos.
"Os resultados do grupo de pesquisa revelam que o grande reservatório de fragmentos de DNA danificado e nos arredores preservar o potencial de mudar os genomas das bactérias mesmo depois de milhares de anos. Esta é a primeira vez que um processo tenha sido descrito o que permite que as células adquirem sequências genéticas de um passado muito longe. Chamamos esse fenômeno de "anacrônica Evolution" ou "Evolução em segunda mão."
"DNA de organismos mortos impulsiona a evolução das células vivas, em contradição com a crença comum de que impulsiona a evolução da própria vida", disse o professor Eske Willerslev do Centro de GeoGenetics no Museu de História Natural da Dinamarca , líder do projeto.
Como danificado DNA cria novas seqüências
"Além disso, o DNA antigo não se limita a apenas retornando micróbios aos estados anteriores. Danificados DNA [20 ou mais pares de bases] também pode criar novas combinações de seqüências já funcionais. Você pode compará-lo a um grupo de bactérias que picar em torno de uma pilha de lixo em busca de fragmentos que podem usar. Ocasionalmente, eles acertar alguns 'ouro em segunda mão ", o que eles podem usar imediatamente.
"Em outros momentos, eles correm o risco de cortar a si mesmos. Ele vai nos dois sentidos. Esta descoberta tem uma série de consequências em parte porque há um risco potencial para as pessoas quando as bactérias patogênicas ou bactérias multi-resistentes trocar pequenos fragmentos de DNA "perigoso", por exemplo, em hospitais, em resíduos biológicos e em águas residuais.
"No grande perspectiva absorção de DNA curto da bactéria representa um processo evolutivo fundamental que só precisa de uma célula crescer consumir pedaços de DNA. Um processo que, possivelmente, é uma espécie de tipo original de gene de transferência ou de compartilhamento de DNA entre as bactérias. Os resultados mostram como a evolução genética pode acontecer em empurrões em pequenas unidades. O significado disso é ótimo para nossa compreensão de como microorganismos trocaram genes através da história de vida. Os novos resultados também suportam as teorias sobre o gene de transferência como um fator decisivo na evolução inicial da vida. "
"Esta é uma das perspectivas mais emocionantes de nossa descoberta", diz Overballe-Petersen. "As simulações de computador mostraram que mesmo início bactérias na Terra teve a capacidade de compartilhar DNA - mas era difícil ver como isso poderia acontecer. Agora vamos sugerir como as primeiras bactérias trocados DNA. Não é nem mesmo um mecanismo desenvolvido para este fim específico, mas sim como um processo comum, que é uma conseqüência do viver e morrer ".
Resumo da Academia Nacional de Ciências
As moléculas de NA são continuamente liberadas através da decomposição de matéria orgânica e são onipresentes na maioria dos ambientes. Esse DNA torna-se fragmentada e danificada (geralmente< 100 pb) e podem persistir no ambiente por mais de meio milhão de anos DNA fragmentado é reconhecido como fonte de nutrientes para os micróbios, mas não como substrato potencial para a evolução bacteriana.
Aqui, mostramos que as moléculas de DNA fragmentado (≥ 20 pb) que, adicionakmente podem conter locais abásicos, ligações cruzadas, ou lesões codificação errada são adquiridos pela bactéria Acinetobacter baylyi ambiental através da transformação natural. Com a absorção de DNA a partir de um 43000-y-velho osso de mamute, demonstramos ainda que tais eventos de transformação naturais incluem moléculas de DNA antigo. Nós achamos que a recombinação de DNA é RECA recombinase independente e está diretamente ligada à replicação do DNA. Mostramos que as variações de nucleotídeos adjacentes gerados pela absorção de fragmentos de DNA curtas escapam da reparação de incompatibilidade. Além disso, os polimorfismos de nucleotídeo dupla aparecem mais entre os genomas de bactérias do que transformável nontransformable. Nossos resultados revelam que a curto e danificados, inclusive, as moléculas de DNA verdadeiramente antigos, que estão presentes em grande quantidade no meio ambiente, pode ser adquirido por bactérias através da transformação natural. Nossos resultados abrem a possibilidade de que a troca genética natural pode ocorrer com DNA até várias centenas de milhares de anos de idade.
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