مطالعه ژنتیک یک میکروب اقیانوسی اسرارآمیز با دستگاه توالی‌یاب نانوحفره‌ای

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، با همکاری محققان گروه مهندسی عمران و محیط زیست MIT، دانشگاه وورزبورگ در آلمان، دانشگاه هاوایی در مانوا، دانشگاه ایالتی اوهایو و شرکت آکسفورد نانوپور یکی از میکروب‌های اسرارآمیز اقیانوسی که مسئول تولید اکسیژن است، مورد مطالعه قرار گرفت.

دانشمندان روش جدیدی برای به اشتراک‌گذاری اطلاعات ژنتیکی در یک میکروب اقیانوسی کشف کردند. Prochlorococcus، فراوان‌ترین ارگانیسم فتوسنتزی در جهان، مکانیسم انتقال ژنی رادارد که ممکن است برای فراوانی و تنوع آن مهم باشد.

از مناطق استوایی گرفته تا قطب‌ها، اقیانوس‌های جهان با یکی از کوچکترین ارگانیسم‌ها پر شده‌اند: نوعی باکتری به‌نام Prochlorococcus، که با وجود اندازه کوچک آن‌ها، به طور جمعی مسئول بخش قابل توجهی از تولید اکسیژن اقیانوس‌ها است. اما توانایی قابل توجه این ارگانیسم‌های کم رنگ برای متنوع سازی و سازگاری با چنین محیط‌های عمیقاً متفاوت، به صورت رازی باقی مانده است.

به تازگی تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این باکتری‌های ریز و درشت اطلاعات ژنتیکی را با یکدیگر، حتی در صورت جدا شدن از هم، تبادل می‌کنند. این امر آن‌ها را قادر می‌سازد تا بلوک‌های کامل ژن‌ها را منتقل کنند، مانند مواردی که توانایی متابولیزه کردن یک نوع خاص از مواد مغذی یا دفاع از آن‌ها در برابر ویروس‌ها را دارند، حتی در مناطقی که جمعیت آن‌ها در آب نسبتاً پراکنده است.

این یافته‌ها کلاس جدیدی از عوامل ژنتیکی را که در انتقال ژن افقی درگیر هستند، توصیف می‌کند، که در آن اطلاعات ژنتیکی به طور مستقیم بین ارگانیسم‌ها منتقل می‌شود. محققان حامل‌هایی که این انتقال را انجام می‌دهند، Tycheposons نام‌گذاری می‌کنند، که نوعی توالی DNA است که می‌تواند شامل چندین ژن کامل و همچنین توالی‌های دیگر باشد. آن‌ها می‌توانند به طور خودجوش از DNA اطراف جدا شوند. سپس آن‌ها را می‌توان با یک یا سیستم حامل احتمالی دیگر به موجودات دیگر از جمله حباب‌های ریز معروف به وزیکول منتقل کرد که سلول‌ها می‌توانند از غشا‌های خود تولید کنند.

چیشولم، که در سال ۱۹۸۸ در کشف این ارگانیسم‌ها نقش داشته، از یافته‌های جدید می‌گوید: «ما از این نتایج بسیار هیجان‌زده هستیم، زیرا این یک عامل جدید انتقال ژن افقی برای باکتری‌ها است و الگو‌های زیادی را توضیح می‌دهد که ما در Prochlorococcus در طبیعت می‌بینیم.»

هاکل، که هم اکنون در دانشگاه گرونینگن در هلند است، می‌گوید: «این کار با مطالعه ۶۲۳ توالی ژنوم گزارش شده از گونه‌های مختلف Prochlorococcus از مناطق مختلف آغاز شد.»

آنچه هک، لورنکو و آنکنبراند مورد بررسی قرار گرفتند جزایر مواد ژنتیکی بودند که به نظر می‌رسید نقاط مهم تنوع است و اغلب حاوی ژن‌هایی است که با فرآیند‌های بقاء کلیدی شناخته شده مانند توانایی جذب مواد مغذی ضروری و اغلب محدود کننده مواد مغذی مانند آهن یا نیتروژن یا فسفات‌ها همراه بودند. این جزایر حاوی ژن‌هایی بودند که بین گونه‌های مختلف بسیار متنوع بودند. به تدریج آشکار شد که این سیستم انتقال ژن و تنوع با هر یک از چندین مکانیسم دیگر که در ارگانیسم‌های دیگر از جمله در انسان مشاهده شده است، متفاوت است. به نظر می‌رسد که این میکروب‌ها از مکانیسم‌های مختلفی برای حمل و نقل این tycheposons استفاده می‌کنند. یکی از این روش‌ها، استفاده از وزیکول‌های غشایی است، حباب‌های کوچک که از سطح یک سلول باکتریایی جدا می‌شوند. هنگامی که کپسید‌ها یا وزیکول‌های جمع آوری شده از اقیانوس مورد مطالعه قرار گرفتند آن‌ها دریافتند که این وزیکول‌ها غنی از عناصر ژنتیکی هستند.