Ученые обнаружили неизвестную ранее зеркальную симметрию в геноме кишечной палочки

Биоинформатики из Федерального исследовательского центра биотехнологий РАН совершили неожиданное открытие, обнаружив ранее неизвестный тип зеркальной симметрии в геномах бактерий.

Обнаруженные повторы могут играть важную роль в формировании трехмерной структуры генома

Источник: Unsplash

Геномы бактерий полны загадок, и одна из них — необычные повторяющиеся участки ДНК, которые могут влиять на ее структуру и функции. Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН обнаружили у кишечной палочки (E. coli) удивительную особенность: значительную часть ее ДНК составляют диспергированные повторы — фрагменты, которые встречаются в разных местах генома, но при этом обладают зеркальной симметрией.

Диспергированные повторы — это участки ДНК, которые повторяются не подряд (как, например, в тандемных повторах), а разбросаны по геному. Их длина может достигать сотен или даже тысяч нуклеотидов. В E. coli исследователи нашли 7873 таких повтора длиной около 500 нуклеотидов. Более того, 3166 пар этих повторов на противоположных цепях ДНК перекрываются, образуя сложные симметричные структуры.

Ранее похожие закономерности нашли и у бактерий из 11 других родов, что говорит о возможной универсальности этого механизма. Но зачем он нужен — пока неизвестно. Ученые предлагают несколько гипотез. Одна из них — помощь в упаковке ДНК. Так, повторы могут помогать бактериальной ДНК компактно сворачиваться в структуру, называемую нуклеоидом. Еще одна гипотеза — следствие мутаций. Возможно, это результат частых инверсий (переворотов участков ДНК), которые создают зеркальные последовательности.

Ученые использовали для поиска повторов специальный алгоритм, разработанный представителями ФИЦ Биотехнологии РАН

Источник: Пресс-служба РНФ

Известное второе правило Чаргаффа описывает соотношение пар нуклеотидов в ДНК. Оказалось, что в найденных повторах это правило работает на уровне кодонов — троек нуклеотидов, кодирующих аминокислоты. Это может указывать на древние эволюционные механизмы, сформировавшие такие структуры.

Для анализа ученые использовали новый математический алгоритм, разработанный профессором Евгением Коротковым и его командой. Этот метод позволяет постепенно уточнять и улучшать результаты поиска повторов. Ранее с его помощью нашли похожие последовательности у бактерий 42 родов, причем их доля в ДНК составляла от 17% до 72% — огромный разброс!

«Пока мы не знаем, зачем бактериям эти повторы, — говорит Коротков. — Возможно, они помогают упаковывать ДНК или регулируют работу генов. А может, это просто следствие древних мутаций, закрепившихся в ходе эволюции».

Ранее стало известно, что американская компания впервые применила технологию точечного редактирования генома для лечения подростка с редким иммунным заболеванием.