Магнитные бактерии могут согласовывать свое движение с магнитным полем Земли благодаря цепочкам магнитных наночастиц внутри их клеток. Чертежи для создания и соединения этих магнитосом хранятся в генах бактерий.

Международная исследовательская группа, возглавляемая профессорами доктором Дирком Шюлером и доктором Рене Уэбе из Байройтского университета, впервые обнаружила кластер таких генов у немагнитных бактерий. Эти гены неактивны, но функциональны и, вероятно, попали в бактерии путем горизонтального переноса генов. Результаты исследования были представлены в журнале ISME.

Передача генов от одного организма к другому называется "горизонтальной", когда это не "вертикальное" наследование как часть процесса размножения. В царстве бактерий горизонтальная передача генетической информации является важным источником модификации существующих видов или появления новых. Многочисленные гены, которые контролируют способность синтезировать магнитосомы, также могут естественным образом передаваться горизонтально другим бактериям.

Однако до сих пор эти гены были обнаружены только у бактерий, которые уже продуцируют магнитосомы в результате предыдущего успешного переноса генов. Но теперь микробиологи из Байройта и их партнеры по исследованиям в Венгрии и Франции впервые обнаружили кластер таких генов в геноме немагнитной бактерии.

Это Rhodovastum atsumiense, который классифицируется как фотосинтезирующая бактерия, потому что он может использовать энергию солнечного света для своего метаболизма. Гены магнитосом, обнаруженные у этого вида бактерий, неактивны: клетки не могли быть индуцированы к образованию магнитосом в лаборатории, даже при различных условиях культивирования. До сих пор не известно ни одной фотосинтезирующей бактерии, которая была бы естественно магнитной, хотя команде профессора доктора Шюлера ранее удалось "намагнитить" такие бактерии с помощью искусственного переноса генов.

"Насколько нам известно, это первое обнаружение полного набора "молчащих" генов у немагнитной бактерии. Вероятно, это эволюционная ранняя стадия после приобретения генов у другой, пока неизвестной бактерии. Дальнейший анализ генома показал, что перенесенный кластер генов, скорее всего, произошел от магнитной бактерии, принадлежащей к классу Alphaproteobacteria."

"Будущие исследования покажут, могут ли эти гены быть активированы в естественной среде обитания бактерий. В любом случае, как ясно показывают наши результаты, в лабораторных условиях никакой активации не происходит. Следовательно, само по себе наличие генов магнитосом не указывает на то, что биосинтез магнитосом действительно происходит. Поэтому рекомендуется соблюдать осторожность при интерпретации соответствующих геномных данных, найденных в общедоступных базах данных", - говорит профессор д-р Дирк Шюлер, заведующий кафедрой микробиологии в Университете Байройта.

Исследователи также обратились к вопросу о том, почему бактерия-хозяин Rhodovastum atsumiense не уничтожила гены магнитосом, хотя в ходе эволюции она не получила от них никаких преимуществ при отборе.

"Лучший способ, которым мы можем объяснить это, основываясь на наших анализах генома, заключается в следующем: передача генов, вероятно, произошла на более поздней стадии эволюции. Быстрая элиминация не была необходимой, потому что гены магнитосом не оказывают повреждающего действия на бактерию-хозяина", - объясняет первый автор доктор Марина Дзюба, давний научный сотрудник исследовательской группы микробиологии Байройтского университета.

Новые результаты исследования следуют за исследованием, опубликованным два года назад. Здесь микробиологам из Байройта удалось внедрить полный набор генов магнитосом магнитной бактерии Magnetospirillum gryphiswaldense, которая уже давно зарекомендовала себя в качестве модельного организма в исследованиях, в геном немагнитной бактерии. Вскоре после этого эти бактерии-хозяева начали биосинтезировать магнитосомы. Они, по-видимому, были способны экспрессировать приобретенные чужеродные гены.