水のクマは動物界のマスターDNA泥棒です

クマムシは極端に繁殖する動物です。 クマやコケの子豚としても知られる、水生の微視的な無脊椎動物は、氷点下や沸騰温度、宇宙の厳しい条件に耐えることができます。 干上がったクマムシは、水を加えるだけで蘇生できます。数十年後です。 南極大陸を含むすべての大陸で見られ、最も深い海溝から最も暑い砂漠、ヒマラヤの頂上までの環境に住んでいます。

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今、科学者たちは、クマムシが名声に対するさらに別の極端な主張を持っていることを発見しました。

祖先からすべての遺伝子を継承するのではなく、クマムシは無関係な植物、バクテリア、菌類、古細菌からの遺伝子構成のなんと6分の1を獲得している、と研究者は本日PNASで報告しています。 奇妙なマッシュアップは、種が一般に想像されるほど直線的ではない形で形をとることができるという事実を強調しています。

「ほとんどの人が生命の多様性と遺伝情報の流れについて考えるとき、彼らは小さな枝を生成する大きな枝を持つ木を想像しますが、手足の間には何のつながりもありません」と、ライフサイエンス研究財団のポスドク研究員であるトーマス・ブースビーは言いますノースカロライナ大学チャペルヒル。 「私たちは、生命の木の代わりに、生命の網について考える方が適切かもしれないことを認識し始めています。」

ブースビーは、生物の極端な生存戦略の最も基本的な基盤を明らかにすることを期待して、緩徐性ゲノムに注目しました。 すべての遺伝子をカタログ化するために、彼と彼の同僚は、最初に数千の遅滞性動物から多くの短いDNAの塊を抽出し、配列を決定しました。 コンピュータープログラムを使用して、それらのシーケンスをつなぎ合わせて、コード全体を生成しました。

「それをやったとき、最初は動物から来たものではないように見える遺伝子がたくさんあることがわかりました」とブースビーは言います。 「私たちの腸の反応は、私たちが何かを台無しにし、サンプルを汚染したに違いないということでした。」

チームは二重チェックを行うために、特定のプライマーと一致する場合にのみ遺伝物質の標的領域を増幅する方法であるポリメラーゼ連鎖反応に注目しました。 この場合、動物と細菌の遺伝子を単一のユニットとして増幅できるかどうかを確認したかったが、これは同じゲノム内で物理的にリンクされている場合にのみ可能であった。 「100を超える遺伝子に対してこれを行い、98％の成功を収めました」とブースビー氏は言います。

ゲノムの読み取りが正しいと確信したため、チームは特定の遺伝子配列の進化の祖先を再構築しました。 これは、外来遺伝子のように見えたものが実際にはそれだけであることを確認しました。

「この結果は、異質に見える遺伝子が実際に非動物から来ていることをかなり明確に教えてくれました」とブースビーは言います。

遅ればせながらの遺伝子は、17.5％の異物でできています。 これらの奇妙な遺伝子のほとんどは細菌起源であり、数千もの種がクマムシの遺伝的構造内に表れています。 遺伝子の多くは、元の所有者のストレス耐性において役割を果たすことが知られているか、疑われています。

「発見は非常に驚くべきことだと思います」とカナダのダルハウジー大学の生物学者であるアンドリュー・ロジャーは言います。 動物がそのような遺伝子の大部分を外国の源から獲得できるということは、「驚くべきかつ前例のない」ことです。

場合によっては、外来遺伝子が実際にクマムシを置き換えたが、他の場合、クマムシは独自のバージョンを保持したが、1つまたは複数の細菌種からの単一または複数のコピーを組み込んだ。 「これは一度きりのイベントではなかったが、おそらく進行中であり、今日も起きている可能性があると推測します」とブースビーは言います。

研究者たちは長年、細菌や他の微生物が水平方向の遺伝子導入、つまり無関係な種間での遺伝物質の交換に関与していることを知っています。 しかし、最近になって科学者たちは、この遺伝的発達の方法が動物でも起こることを認識し始めました。

クマムシと比較して、人間を含む他の動物のゲノムには、ごくわずかな異物しか含まれていません。 これまで、ワムシは、別の顕微鏡水生動物であり、記録を8〜9パーセントで保持していました。 クマムシやワムシにとって、大量の外来遺伝子は、優れた生存スキルを付与する上で重要な役割を果たす可能性が高い。

「すでにストレスの多い環境に住んでいる生物からDNAを取得できる場合、彼らは同じトリックのいくつかを拾うことができるかもしれません」とブースビーは言います。 しかし、正確にどのようにクマムシがどうやって一緒に丸まったのか、非常に多くの外来遺伝物質は不明のままです。

ブースビーと彼の同僚は、動物が乾燥して蘇生する能力が役割を果たしているのではないかと疑っています。 クマムシが乾燥すると、そのゲノムは断片化します。 生命を与える液体がそれらを回復させた後、細胞を取り巻く膜はしばらく漏れやすいままであり、細胞が自身のゲノムを修復するために迅速に機能するため、環境からのDNAで偶然に機能する可能性があります。

「この論文は、ゲノム全体の研究の重要性を確認しており、ここでは珍しいが非常に興味深く、しばしば無視されている動物モデルに適用されます」と、イタリアのモデナ大学とレッジョエミリア大学の進化動物学者Roberto Bertolaniは言います。

「著者が述べている興味深い点の1つは、これらの動物が多くの外来遺伝子を取り込んで統合する素因となる可能性がある、乾燥、膜漏出、DNA破損の関係の可能性です。」

今のところそれは単なる仮説であるため、ブースビーはこれと他の長引く質問を調査する予定です。 この極端な生物との彼の仕事は、人間に生存のより良いショットを与えることさえできます：農村クリニックまたは危機ゾーン。