Генетики научились следить за «прыгающими генами» в реальном времени

Автор исследования Томас Е. Кульман общается со своими студентами. Фото: L. Brian Stauffer, University of Illinois at Urbana-Champaign

Ученые создали генетическую конструкцию, чтобы отслеживать активность транспозонов — мобильных участков генома. Оказалось, что интенсивность их встраивания зависит от фазы роста клетки и концентрации фермента транспозазы.

Транспозоны — подвижные элементы генома, способные вырезать себя из одного места и встраиваться в другое. «Прыгающие гены» есть у всех организмов, и зачастую они составляют существенную часть генома: у людей на транспозоны приходится 45% генетической информации. Некоторые из них работают по принципу «вырезать и вставить», перемещаясь в другой участок генома, а другие — «копировать и вставить», создавая свою дополнительную копию. Биологическая роль транспозонов неоднозначна: с одной стороны, их активность напрямую связана с десятками заболеваний, с другой — они облегчают перестройку и приспособление генома к изменяющимся условиям. Многие гены человека произошли от транспозонов, и исследователи полагают, что они играли важную роль в эволюции.

Ранее генетики изучали поведение траспозонов только косвенными методами, измеряя их усредненную активность по большому количеству клеток в пробе. В новой работе ученые из США изучили активность мобильных элементов в единичных клетках в реальном времени на примере транспозона IS608 в клетках кишечной палочки Escherichia coli. Чтобы оценить активность транспозона, исследователи соединили этот участок с флуоресцирующим белком и следили за тем, как клетка светится в разных условиях.

Колония бактерий с отдельными светящимися клетками, в которых активировался транспозон: в начале эксперимента (а), через 40 минут (b), через 60 минут (с). Изображение из статьи


Результаты экспериментов показали, что активность транспозона напрямую связана с внутриклеточной концентрацией фермента транспозазы. Это фермент помогает мобильным элементам вырезать и встраивать себя в ген. Интенсивность встраивания зависела от того, на какой из нитей ДНК закодирован белок, а также фазы роста клетки. В стационарной фазе, когда количество клеток в популяции не менялось, активность транспозона снижалась.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Авторы исследования отмечают, что их система подходит для изучения и других транспозонов. В будущем этот подход поможет изучать эволюционные процессы и заболевания. О том, как трансопозоны пригодились для создания организма с минимальным геномом, читайте в материале «Чердака».
Теги:

Читать еще на Чердаке: