Микробиология

Происхождение эукариот было и остается одной из интереснейших проблем эволюционной биологии. В 2015 году в Nature появилось сообщение, что с помощью метагеномики удалось получить последовательность генома археи ранее неизвестной группы, причем в этом геноме удалось найти гены, которые ранее считались уникальными для эукариот (в частности, ген, близкий к кодирующему актин). Более того, филогенетический анализ показал, что археи новооткрытой группы, получившей название Lokiarchaeota, и эукариоты образуют монофилетическую кладу (группу организмов с общим предком), и эукариоты, вероятно, произошли от локиархеот. Недавно японские ученые сообщили, что им удалось в лабораторных условиях вырастить культуру археи из типа Lokiarchaeota, которую они назвали Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum strain MK-D1. Какие загадки происхождения эукариот мы сможем разрешить, имея на руках чистую культуру их непосредственных предков, а не абстрактный геном? Попробуем разобраться.

Уже давно известно, что системы CRISPR/Cas, защищающие бактерий и архей от вирусов, иногда обнаруживают в составе бактериофагов и транспозонов. Как правило, такие системы CRISPR/Cas неполные и не кодируют нуклеаз. Каково же функциональное предназначение этих «демо-версий» CRISPR/Cas? Недавно на страницах Nature американские исследователи сообщили, что бактериальные Tn7-подобные транспозоны используют свои системы CRISPR/Cas для РНК-направленной интеграции в геном. Более того, ученые предполагают, что транспозоны, которые содержат систему CRISPR/Cas и интегрируются в то место ДНК, которое комплементарно направляющей РНК, могут стать новым инструментом для редактирования генома. Наша статья посвящена этому интереснейшему открытию.

Археи, несмотря на то, что не имеют оформленного ядра, по очень многим признакам гораздо больше похожи на эукариот, чем на бактерий. В частности, их геномная ДНК упакована и компактизирована с помощью гистонов, как у эукариот. Однако гистоны эти весьма своеобразны (как, наверное, и всё у архей): в отличие от гистонов эукариот, они не формируют стабильные октамерные нуклеосомы, хотя третичные структуры гистонов архей и эукариот очень похожи. Последние исследования свидетельствуют, что «нуклеосомы» архей не имеют фиксированного размера и состоят из различного числа димеров гистонов, причем плотность упаковки ДНК с помощью таких вариабельных нуклеосом напрямую связана с репрессией транскрипции связанного с ними участка ДНК. Что наиболее удивительно, длина нуклеосом архей, похоже, может быть практически неограниченной, за что исследователи назвали их гипернуклеосомами. Впрочем, с помощью биоинформатического анализа у некоторых архей удалось найти гистоны с сильно отличающейся от остальных аминокислотной последовательностью, которые, по-видимому, неспособны формировать гипернуклеосомы. Наконец, у некоторых архей есть гистоны с N- и C-концевыми хвостами, которые похожи на хвосты гистонов эукариот и тоже могут подвергаться посттрансляционным модификациям. Так каковы же они, гистоны архей, и как устроен хроматин архей? В статье мы постараемся ответить на эти вопросы.

Системы CRISPR/Cas вот уже несколько лет триумфально шествуют по лабораториям мира, и неудивительно: эта простая, дешевая и быстрая технология редактирования генома нашла самое широкое применение в генетической инженерии. Однако биология систем CRISPR/Cas, а именно их функционирование в качестве противовирусных иммунных агентов бактерий и архей, не менее интересна и увлекательна: разнообразие молекулярных механизмов и в то же время их фундаментальное сходство и простота общей идеи поражают воображение. Наш обзор посвящен разнообразию естественных систем CRISPR/Cas.

Жизнь в бактериальном мире — это жестокая и безжалостная конкуренция за ресурсы и пространство, необходимые для существования. Чтобы выжить, многие бактерии обзаводятся плазмидами, которые кодируют токсины пептидной природы, убивающие соседние клетки, зачастую и своего вида. К числу таких токсинов относится микроцин C, вырабатываемый кишечной палочкой (Escherichia coli). Этот токсин образуется в виде пептида-предшественника, который приобретает губительные для клеток свойства после особых посттрансляционных модификаций. Хотя пептиды, подобные микроцину C, производятся многими неродственными видами бактерий и имеют совершенно разный аминокислотный состав, практически все они длиной ровно семь аминокислотных остатков. Но почему именно семь? Ответом на этот вопрос задались исследователи из Института биологии гена, Сколковского института науки и технологий, Университета Иллинойса (США) и Биомедицинского центра Уппсалы (Швеция), и результаты их исследований появились в свежем номере журнала mBio Американского микробиологического общества. Попробуем и мы разобраться в «знаке семи» микроцина C.

Определение минимального набора генов, необходимого для функционирования живого организма, долгое время привлекало внимание исследователей. Особенно интересны в этом отношении организмы с очень небольшим числом генов, а именно, свободноживущие и эндосимбиотические прокариоты, имеющие всего нескольких сотен генов (для сравнения, геном кишечной палочки Escherichia coli содержит около 4200 генов, а в геноме миксобактерии Sorangium cellulosum насчитывается более 11 тысяч генов). Чем отличается метаболизм клеток с такими маленькими геномами? Какие процессы привели к утрате огромного числа генов? Ответам на эти вопросы и посвящен наш обзор.

Исследование длинных некодирующих РНК — одно из лидирующих направлений в современной молекулярной биологии и биоинформатике. В их изучении заинтересованы и медики, так как некоторые длинные некодирующие РНК являются биомаркерами определенных заболеваний. Однако обычно в поле зрения исследователей попадают длинные некодирующие РНК эукариот, а о прокариотах чаще всего забывают. Мы решили восстановить справедливость и рассказать об основных классах длинных некодирующих РНК бактерий, известных на сегодняшний день.

Одной из главных причин, по которой мы изучаем биологию, является желание понять наше происхождение. Чем больше ископаемых остатков мы изучим, тем больше ветвей добавится к нашему биологическому древу. Но все ветви растут из единого ствола. Так кто же находится у корней?