Дрожжи с человеческими генами живут даже лучше, чем без них

Синтетические биологи создали полулюдей-полудрожжей, чтобы продемонстрировать родственность всего живого на планете

(фото Rainis Venta/CC).

Новое исследование наглядно демонстрирует, что столь разные организмы, как дрожжи и люди, имеют сильную генетическую связь. В рамках своего эксперимента специалисты по синтетической биологии внедрили в геном дрожжей 414 человеческих генов по одному и обнаружили, что гены Homo sapiens помогают грибам выжить.

Из общего числа искусственно вживлённых генов в организмах дрожжей прижилась половина. Все сохранившиеся участки ДНК функционировали исправно и служили новому хозяйскому организму. Учёные утверждают, что данная работа доказывает тот факт, что одни и те же гены могут выполнять те же функции, даже спустя миллиард лет после разделения по разным родословным.

Согласно общепринятым теориям, всё живое на Земле родственно друг другу. Это означает, что люди имеют генетическое сходство и с микроорганизмами, такими как одноклеточные грибы-дрожжи. Около двух третей дрожжевых генов имеют родственные участки ДНК в геноме человека, а аминокислотные последовательности этих грибов на 32% совпадают с человеческими.

Ведущий автор нового исследования Эдвард Маркотт (Edward Marcotte) и его коллеги из Техасского университета в Остине решили "воссоединить семью". Дрожжи представляют собой одноклеточные бескровные организмы, которые так же как более сложные формы жизни, обладают геномом. Кроме того, у этих грибов имеются гены, обычно отвечающие за рост новых кровеносных сосудов у позвоночных, но дрожжам они помогают реагировать на стресс.

"Сравнение генов людей и дрожжей заставило нас задаться вопросом о том, в какой степени схожи по своим функциям участки ДНК у столь разных организмов", — рассказывает Маркотт.

Тогда учёные решили проверить, будут ли человеческие гены функционировать в дрожжевых клетках, и стали внедрять их по одному. Исследователи выбрали 414 генов, без которых невозможно существования дрожжей — к примеру те, которые регулируют обмен веществ или удаляют отходы из клетки.

Родные дрожжам гены были удалены или "выключены" путём ингибирования экспрессии, а на их место были вставлены человеческие аналоги этих же генов. Исследователи установили, что 176 человеческих генов, которые в итоге прижились в организме дрожжей, позволили грибам пережить утрату жизненно необходимых участков ДНК.

"Около половины необходимых для существования генов дрожжей могут быть заменены человеческими. Этот эксперимент прекрасно иллюстрирует родство всего живого", — поясняет Маркотт.

По окончании этого эксперимента учёные задались вопросом о том, чем же всё-таки различаются человеческие гены и гены грибов, которые ответственны за выполнение организмом одних и тех же функций. Они оценили более 100 возможных факторов влияния, начиная от длины участка ДНК и заканчивая количеством белков в его составе.

Оказалось, что степень схожести по разным факторам участков ДНК не обязательно указывает на то, что один ген может быть заменён другим — дрожжевой человеческим. Вместо этого, оказалось, что когда гены в ансамбле тесно "сотрудничают" друг с другом, можно определить, является ли большинство из них заменяемым или же нет. Невозможно рассматривать каждый ген в отдельности. К примеру, ансамбль генов, ответственный за копирование ДНК, оказался полностью незаменим, тогда как массив, отвечающий за производство человеком холестерина, может быть легко подменён.

По словам Маркотта, его исследование открывает новые перспективны в использовании дрожжей для изучения человеческой генетики и разработки новых лекарств. Также полулюди-полудрожжи могут быть полезны в исследовании реакции генов на различного рода заболевания.

Результаты исследования были изложены в статье, опубликованной в журнале Science.