Nästan hälften av det mänskliga genomet består av genetiska parasiter - transposoner, plasmider, virus, och andra genetiska element som har en sak gemensamt:de ger inga fördelaktiga bidrag till sina värdar, och kan ibland ha skadliga effekter. Genetiska parasiter - ibland kallade "egoistiska gener" - härstammar tidigt i livets historia och finns idag i nästan alla levande organismer.

Upptäckten att genetiska parasiter är så allestädes närvarande och rikliga är en av de många överraskande fynden inom genomik, men många frågor är fortfarande obesvarade. En av de mest grundläggande frågorna är helt enkelt hur genetiska parasiter har lyckats kvarstå så länge, trots bevis på att de är skadliga vid evolutionära tidsskalor. Vanligtvis, naturligt urval leder till borttagning av skadliga gener, så huvudfrågan är varför har inte naturligt urval utplånat genetiska parasiter?

I en ny studie publicerad i EPL , forskare Jaime Iranzo och Eugene V. Koonin vid National Institutes of Health i Bethesda, Maryland, har funnit att horisontell genöverföring kan vara en av nycklarna för att förstå uthålligheten och spridningen av genetiska parasiter över evolutionära tidsskalor.

Vid horisontell genöverföring (HGT), genetisk information överförs till en organism genom en mängd andra mekanismer än den traditionella förälder-till-avkomman processen att överföra DNA. Till exempel, en organism kan ta emot genetiskt material direkt från en annan organism - till och med en av en annan art - eller plocka upp genetiskt material från den omgivande miljön. För genetiska parasiter, HGT erbjuder ett sätt att infektera nya värdar, tillhandahålla en potentiell mekanism för att kompensera för förlusterna på grund av naturligt urval.

Tidiga studier har visat, dock, att det är osannolikt att HGT ensam kan göra det möjligt för genetiska parasiter att kvarstå under lång tid, förutsatt typiska HGT -hastigheter. Senare forskning tyder på att slumpmässiga fluktuationer i HGT -priserna kan tillåta att vissa genetiska parasiter kvarstår.

Nu i den nya studien, forskarna analyserade stora mängder data om spridningen av genetiska parasiter i mikrobiella populationer, och använde den för att uppskatta de lägsta HGT-överföringshastigheter som krävs för den långsiktiga överlevnaden av genetiska parasiter. Analysen involverade att använda matematisk modellering och jämförande genomik för att kvantifiera effekterna av olika faktorer på spridning och uthållighet av genetiska parasiter.

Forskarna fann att, även om den kritiska HGT -hastigheten beror på styrkan i det naturliga urvalet och graden av genradering, de typiska HGT-frekvenserna för genetiska parasiter är i allmänhet tillräckligt höga för att garantera deras långsiktiga överlevnad. Fynden visar att genetiska parasiter kan använda HGT för att övervinna naturligt urval och kvarstå i värdens genomer i miljarder år. Deras resultat hjälper också till att förklara varför olika typer av genetiska parasiter använder olika strategier.

"Genom att kvantifiera kostnaden för genetiska parasiter och den lägsta HGT -hastighet som parasiter kräver för att bestå, vi fick en grundläggande förståelse för varför själviska gener skiljer sig åt i deras parasitiska strategier, "Berättade Iranzo Phys.org . "Till exempel, genetiska parasiter som är mycket skadliga behöver mycket höga HGT -hastigheter, som endast kan uppnås genom att utveckla autonoma mekanismer för HGT (fallet med virus och konjugerande plasmider) eller genom att piggybacka på en annan parasit som är autonom för HGT (fallet med toxin-antitoxin-moduler). Milda genetiska parasiter, som transposoner, har fler alternativ, såsom utvecklande mekanismer som gör att de kan föröka sig inom sina värdgener. "

Även om genetiska parasiter inte ger några funktionella fördelar för sina värdar, konkurrensen mellan tidiga levande organismer och genetiska parasiter kan ha spelat en viktig roll i några av de stora evolutionära händelserna i levande organismer. Till exempel, denna tävling kan ha varit en av drivkrafterna bakom cellavdelningen samt ursprunget till flercelliga livsformer, och kan också ha gjort levande organismer mer resistenta mot andra parasitinvasioner. Att förstå uthålligheten av genetiska parasiter har konsekvenser för att förstå dessa händelser, samt att hjälpa till att svara på andra frågor.

"En naturlig förlängning av vårt arbete är att studera interaktionen mellan olika klasser av genetiska parasiter, "Sade Iranzo." Hur påverkar förekomsten av en genetisk parasit andra genetiska parasiters överlevnad på lång och kort sikt? Vilka ekologiska och evolutionära faktorer främjar samarbete och/eller konkurrens mellan genetiska parasiter? Ett andra fokus skulle vara att fånga den övergående dynamiken som observerats i skala av flera populationer och arter, där genetiska parasiter verkar sprida sig i vissa arter och minska i andra. "

© 2018 Phys.org