Эд Йонг – Вселенная внутри нас. Как микробы обогащают наш взгляд на жизнь (страница 47)

Даннинг-Хотопп опубликовала результаты своего эксперимента с очевидным выводом: гены перемещаются от бактерий и животным. Более того, от самых распространенных симбионтов они переходят к самым многочисленным животным. Признаки горизонтального переноса генов от вольбахии выявлены в геномах 20–50 % насекомых – а это очень много! «Считается, что горизонтальный перенос происходит редко и не играет особой роли, но эту точку зрения необходимо пересмотреть», – написала она[321].

Нет, происходит он, конечно же, не редко[322]. Но действительно ли он важен? Наличие гитары у человека в спальне не делает из него Слэша. Здесь то же самое – наличие в геноме гена ни о чем не говорит, ведь он может просто там находиться и ничего не делать. Скорее всего, большая часть фрагментов ДНК вольбахии и есть обычный балласт, практически не оказывающий влияния на хозяев. Небольшая часть этих генов находится во включенном состоянии, но и это не значит, что они функционируют, – в клетке постоянно происходит какая-то деятельность просто для виду, гены просто так включаются и не используются. На самом деле есть лишь один способ проверить, заняты ли гены чем-то полезным, – узнать, чем именно. В некоторых случаях это возможно.

Галловые нематоды – это микроскопические черви, поражающие растения, да так эффективно, что ежегодно уничтожают около 5 % урожая во всем мире. Они, как вампиры, прокусывают клетки корней растений своими ротовыми органами и высасывают их содержимое. Это сложнее, чем кажется: оболочка растительной клетки состоит из целлюлозы и других прочных веществ, так что, прежде чем приняться за вкусный бульон, ожидающий их внутри, нематоды смягчают и разрушают эти барьеры с помощью специальных ферментов. Эти ферменты они создают с помощью заложенных в геноме инструкций – у одного вида может быть более 60 генов для проникновения в растения. Странно, ведь такие гены – удел грибов и бактерий, у животных их вообще быть не должно, тем более в таких количествах. А у нематод они есть.

Гены нематод, позволяющие им проникать в клетки растений, явно бактериального происхождения[323]. Они не похожи на гены других нематод, однако подобные им гены есть у микробов, обитающих на корнях растений. В отличие от большинства генов, полученных путем горизонтального переноса, которые не играют никакой роли или чья роль нам пока неизвестна, цель приобретений нематод ясна. Нематоды запускают их в глоточных железах, чтобы создать команду ферментов-подрывников, которую они затем отправляют бомбить корни. На этом основан весь их образ жизни. Без полученных генов паразиты из этих маленьких вампирчиков были бы не ахти.

Никто не знает, откуда у них вообще появились гены бактерий, но на основании того, что нам известно, можно попробовать догадаться. Галловые нематоды – близкие родичи круглых червей, живущих около корней растений и питающихся бактериями. Возможно, представители этих других нематод употребляли в пищу микробов, способных поражать растения, и со временем у них появились гены, позволяющие им делать то же самое. В итоге эти обитатели почвы и любители бактерий на обед стали грозой растений и ненавистными врагами сельского хозяйства.

Кофейный жучок Hypothenemus hampei своими разрушительными способностями тоже обязан горизонтальному переносу генов[324]. Этот вредитель, напоминающий черную кляксу, обезвреживает кофеин в кофейных зернах с помощью кишечных микробов – мы об этом уже знаем из предыдущей главы. А еще он включил в свой геном бактериальный ген, который позволяет личинкам этого жука пожирать углеводы, содержащиеся в кофейных зернах. У других насекомых ничего подобного нет и никогда не было, даже у родственных кофейному жучку видов, – этот ген есть только у бактерий. Он внедрился в геном ничего не подозревающего жучка, тот передал его другим жучкам, они распространились по кофейным плантациям и вскоре стали сниться в кошмарах любителям эспрессо во всем мире.

Да, у фермеров есть все причины ненавидеть горизонтальный перенос – но и любить тоже. Так, гены, полученные наездниками браконидами, сделали их отличными помощниками в дезинсекции. Самки браконид откладывают яйца в живых гусениц, а вылупившиеся из них личинки этих гусениц пожирают. Чтобы помочь деткам, самки еще и впрыскивают в гусениц особые вирусы для ослабления иммунной системы, так называемые браковирусы. Это не просто союзники наездников – это их часть. Гены этих вирусов вошли в геном браконид и находятся под полным его контролем. Самка наездника при создании вирусов обеспечивает их генами, необходимыми для нападения на гусеницу, но не предоставляет те, что нужны для размножения или перехода к другим хозяевам[325]. Браковирусы – настоящие одомашненные вирусы! Для размножения они полностью полагаются на наездников. Можно даже сказать, что они уже не совсем вирусы, ведь они больше похожи на секрет, выделяемый наездником, чем на отдельные организмы. Скорее всего, они произошли от древнего вируса, чьи гены забурились в ДНК предковой бракониды и решили там остаться. Это слияние привело к появлению более 20 тысяч видов браконид, и у всех них в геноме есть браковирусы – это целая династия паразитов с мощнейшим биологическим оружием из вирусов-симбионтов[326].

Некоторые животные используют гены, приобретенные путем горизонтального переноса, для защиты от паразитов. Это вполне логично – в конце концов, антибиотики мы получаем именно из бактерий. Микроорганизмы воюют друг с другом на протяжении миллиардов лет, а их генетическому оружию, изобретенному за все это время, можно только позавидовать. Семейство генов tae, к примеру, вырабатывает белки, которые протыкают внешние оболочки бактерий и тем самым вызывают смертельные протечки. Эти гены были разработаны микробами для борьбы с другими микробами, но потом они появились и у животных – например, у скорпионов и клещей. Также этими генами могут похвастаться актинии, устрицы, дафнии, морские блюдечки и даже ланцетники – близкие родственники позвоночных, в том числе и нас с вами[327].

Гены семейства tae легко поддаются горизонтальному переносу. Они вполне самодостаточны и не нуждаются в помощи других генов для нормальной работы. А еще они полезны, потому что производят антибиотики. Бороться с бактериями приходится всем живым организмам, так что любые гены, способные в этом помочь, жаловаться на безработицу не будут точно. Если такой ген попадет в иной организм, у него будут все шансы занять высокую позицию в геноме нового носителя. Эти генные прыжки впечатляют еще и потому, что, несмотря на весь наш хваленый интеллект и технологии, мы с большим трудом создаем новые антибиотики – ничего принципиально нового мы не открывали уже несколько десятилетий. А вот животные попроще, такие как клещи и актинии, производят свои: нам требуются годы исследований и экспериментов, а у них раз – и готово, все благодаря горизонтальному переносу генов.

Вы можете решить, что горизонтальный перенос – это некое волшебство, дарующее микробам и животным невиданную мощь, но на деле все может оказаться совсем наоборот. Процесс, который наделяет животное микробными способностями, самих микробов может уничтожить – да так, что останутся от них только гены.

На своем примере нам это покажет существо, которое обитает на полях и в теплицах по всему свету и дико злит фермеров и садовников своим присутствием. Это цитрусовый червец: мелкое насекомое с хоботком, напоминающее перхоть с лапками или мокрицу, побывавшую в мешке с мукой. Пауль Бухнер, известный своими работами о симбиозе, навестил этих прелестных созданий во время своего путешествия по миру насекомых. То, что он нашел в их клетках бактерий, никого не удивило, а вот «округлые или овальные слизистые глобулы, в обильных количествах содержащие симбионтов», выглядели необычно. Этим глобулам пришлось ждать своего звездного часа аж до 2001 года – именно тогда ученые выяснили, что это не просто домики для бактерий. Это и есть бактерии.

Цитрусовый червец – это самая настоящая матрешка. В его клетках живут бактерии, а в этих бактериях тоже живут бактерии[328]. Тех, что побольше, назвали Tremblaya – в честь итальянского энтомолога Эрменеджильдо Тремблэ, ученика Бухнера. Тех, что поменьше, – Moranella, в честь специалиста по тлям Нэнси Моран. («То чувство, когда в твою честь называют жалкую букашку», – смеясь, сказала мне Нэнси.)

Джон Маккатчен выяснил истоки столь странного сосуществования, и сюжет у этой истории просто удивителен. Для начала Tremblaya попадает в организм цитрусового червеца, остается там жить и, как и многие другие симбионты, со временем теряет необходимые для самостоятельной жизни гены. В новом удобном домике эти гены ей все равно не нужны. Когда к ней присоединяется Moranella, Tremblaya может позволить себе избавиться еще от некоторых генов – в полной уверенности, что работу, для которой они нужны, возьмет на себя новичок. Покуда ген есть у одного партнера, другой спокойно от него избавляется. И здесь горизонтальный перенос тоже может иметь место, только теперь он не похож на тот, что превратил нематод в растительноядных паразитов, или на тот, что добавил в геном клеща гены-антибиотики. В данном случае никто никаких новых полезных навыков не получает. Горизонтальный перенос выполняет другую функцию – он словно спасает гены с тонущего корабля: благодаря ему сохраняются те гены, которых ждало неизбежное разрушение из-за симбиоза.