Механизмы горизонтального переноса ДНК у бактерий как оружие внутригeномного конфликта

Горизонтальный перенос ДНК (HDT) представляет собой распространённый механизм диверсификации у многих видов микроорганизмов, однако его основная эволюционная роль остаётся предметом дискуссий. В многочисленных недавних исследованиях подчёркивалась адаптивная польза приобретения новой ДНК, однако мы утверждаем, что внутригeномный конфликт обеспечивает целостную основу для понимания эволюционного происхождения HDT. Для проверки этой гипотезы мы разработали математическую модель клонально происходящей бактериальной популяции, в которой HDT осуществляется посредством передачи мобильных генетических элементов (MGE) и генетической трансформации. Включение в модель известного смещения трансформации в сторону приобретения более коротких аллелей показало, что трансформация может быть эффективным средством противодействия распространению MGE. Было установлено, что как конститутивная, так и транзиторная компетентность к трансформации обеспечивают эффективную защиту от паразитических MGE; транзиторная компетентность также может способствовать селективному распространению MGE, придающих бактерии-хозяину полезное свойство. Координация транзиторной компетентности с уничтожением клеток, наблюдаемая у нескольких видов, приводила к синергическому блокированию передачи MGE: высвобождение геномной ДНК обеспечивало гомологичную рекомбинацию, одновременно снижая горизонтальное распространение MGE за счёт уменьшения локальной плотности клеток. Для оценки осуществимости функций, предложенных в результате моделирования, мы проанализировали геномные данные, полученные при продольном отборе образцов у носителей Streptococcus pneumoniae. Анализ выявил частое сосуществование в организме хозяина клеток клонального происхождения, различавшихся по статусу инфицирования MGE, что является необходимым условием работы предложенного механизма. Кроме того, мы обнаружили многочисленные примеры ингибирования MGE трансформации посредством интегративного нарушения генов, кодирующих аппарат компетентности, у многих видов, что свидетельствует о продолжающейся «гонке вооружений». Сниженные уровни трансформации также наблюдались в клетках, инфицированных MGE, которые red...