…но большая часть из взятого, по-видимому, никак не используется.

Как известно, ДНК может передаваться не только от родителей к детям, но и между представителями одного поколения. Передача ДНК просто друг другу, вне процесса размножения, называется горизонтальным переносом генов (ГПГ). Относительно давно стало известно, что горизонтальный перенос широко распространён у бактерий и архей. Их клетки либо просто подбирают бесхозную ДНК из окружающей среды, либо сохраняют её, поглотив другую клетку, либо же две клетки передают и принимают чужую ДНК, так сказать, по обоюдному согласию, в ходе особого процесса, называемого конъюгацией.

В геноме таракана Geoscapheus dilatatus есть более четырёх тысяч вставок бактериальной ДНК. (Фото: Donald Hobern / Flickr.com) 

 Со временем выяснилось, что и у многих эукариотических организмов есть гены, которым было неоткуда взяться, кроме как с помощью горизонтального переноса. Бактериальные гены обнаруживались у грибов, у растений, у членистоногих и едва ли не у людей. Есть данные, что горизонтальный перенос генов возможен не только между бактериальными и эукариотическими клетками, но и между разными эукариотами. Например, несколько лет назад мы писали, что белокрылки могли позаимствовать некоторые гены у растений, а черви-волосатики взяли гены у богомолов, в которых они паразитируют.

Недавно в журнале PNAS появилась статья о бактериальных следах в геноме тараканов. Здесь интересен не столько сам факт переноса генов от бактерий к тараканам (этому можно уже не удивляться), сколько его масштаб. Бактерия в данном случае имеется в виду конкретная, Blattabacterium cuenoti, одна из рода Blattabacterium. Это известные тараканьи симбионты: они помогают тараканам удерживать в организме азот, который они иначе теряли бы с мочевой кислотой (в тараканьем меню мало азота, и разбрасываться им они не могут). И вот оказалось, что в геномах восемнадцати видов тараканов (в том числе у обычного рыжего таракана и у американского таракана) в сумме есть почти сорок с половиной тысяч бактериальных вставок. У некоторых тараканов их всего 93, но, к примеру, у роющих тараканов из Австралии бактериальных кусков в ДНК может насчитываться до 4900. Некоторые фрагменты сгруппированы воедино, но в целом бактериальные последовательности распределены по всему геному, и появлялись в нём, очевидно, в разное время.

Горизонтальный перенос генов от бактерий к тараканам происходил очень давно, как минимум 29 млн лет назад. Раз это всё у тараканов осталось, значит, бактериальные последовательности оказались для них либо полезны, либо нейтральны, либо умеренно вредны, то есть не слишком сильно отравляли им жизнь, чтобы естественный отбор вычистил их из популяции. Значение бактериальной ДНК в жизни таракана можно оценить по её активности – то есть, например, по количеству РНК, которая считывается с определённого участка ДНК. И вот только от 5,04% до 8,58% бактериальной ДНК копировалось у тараканов в РНК – в матричную РНК, с которой  потом считывается белок. На самом деле это не значит, что остальные 90 с лишним процентов присутствуют в виде генетического мусора – не неся в себе никакой белковой информации, те последовательности могут играть какую-то регуляторную роль. Однако подобные гипотезы всё равно нужно специально проверять.

Такое обширное заимствование можно объяснить симбиотическими отношениями: с дружественной бактерией, которая постоянно живёт внутри хозяина, проще экспериментировать. Но дело в том, что более ранние исследования обнаруживали между симбионтами мало геномных заимствований. Возможно, дело в том, что прежде геномные технологии не позволяли прочитывать сразу большие фрагменты ДНК. Именно прочитанные за раз длинные фрагменты позволяют увидеть в ДНК-последовательностях то, что остаётся скрытым, когда ДНК читают короткими фрагментами, собирая из них потом более длинные. Кроме того, раньше среди заимствований искали преимущественно последовательности, кодирующие белки. Однако, как было сказано, в геноме есть регуляторные последовательности, от которых зависит очень и очень многое. Возможно, не только тараканы так энергично заимствовали бактериальную (и не только бактериальную) ДНК. Но это опять же станет понятно только после того, как новые технологии и новые подходы в поиске такой ДНК будут опробованы на других геномах.