Рекордсмены по мутациям: ученые ИЦиГ СО РАН создали систему идентификации для необычных бактерий

Бактерии, способные одновременно быть союзниками и врагами организма-носителя, стали объектом масштабного геномного исследования

Ученые Института цитологии и генетики СО РАН в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом, проанализировали геномы более сотни представителей бактерий рода Spiroplasma и создали панель генетических маркеров для их идентификации. Результаты работы помогут точнее выявлять эти микроорганизмы, которые могут играть самую разную роль: от защиты насекомых до потенциальной угрозы здоровью человека.

Спироплазмы  – одни из самых необычных бактерий. У них отсутствует клеточная стенка, сильно уменьшен геном, а генетический код отличается от общепринятого. При этом они способны очень быстро эволюционировать.

«Если не считать вирусов, представители рода Spiroplasma оказываются рекордсменами по темпу изменчивости на геномном уровне», – отметил руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, кандидат биологических наук Юрий Илинский.

Такая изменчивость делает эти микроорганизмы одновременно интересными и сложными объектами для изучения. Они могут вести себя по-разному: в одном случае вызывают заболевания у растений и насекомых, в другом, наоборот, помогают своим хозяевам справиться с различными стрессами. Известны случаи, когда спироплазмы уничтожают паразитов, спасая насекомых от гибели. При этом один и тот же вид потенциально может быть как вредным, так и полезным – в зависимости от набора генов, которые, как уже говорилось, могут мутировать с необычной для живых организмов скоростью.

За последние пару лет наука существенно расширила представления о разнообразии этих бактерий. Если ранее в научных базах было около 30 расшифрованных геномов спироплазм, то теперь их число превысило сотню. Это позволило исследователям из ИЦиГ СО РАН не только провести более точный эволюционный анализ, но и обнаружить новую генетическую группу микроорганизмов, связанную, в основном, с жуками, а также с двукрылыми – мухами и комарами.

Одной из ключевых задач проекта было создание системы надежной идентификации спироплазм. «Высокий темп изменчивости не позволяет создать абсолютно универсальные маркёры, но нам удалось выделить кандидатные гены и разработать панель, которая уже используется для более точной идентификации бактерий», – подчеркнул Юрий Илинский.

Разработанная панель позволяет относительно быстро и недорого определять не только виды спироплазм, но и их внутривидовые различия. Это особенно важно в условиях, когда бактерии активно осваивают новых хозяев. По словам ученых, случаи их обнаружения у позвоночных, включая человека, фиксируются все чаще, особенно у людей с ослабленным иммунитетом.

Полученные результаты имеют как фундаментальное, так и прикладное значение. Маркеры для идентификации спироплазм станут полезным инструментом в различных научных проектах – при разработке биологических методов защиты растений, а также в индустрии разведения насекомых и медицинских исследованиях. При этом, как отмечают ученые, именно фундаментальная наука позволяет создавать такие инструменты, которые затем находят применение в самых разных отраслях.

Работа в этом направлении еще не завершена. В случае, если новые проекты получат поддержку, исследователи планируют расширять базу данных геномов и совершенствовать методы анализа, чтобы точнее прогнозировать свойства этих необычных бактерий и их влияние на живые системы.

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН