Bijna de helft van het menselijk genoom bestaat uit genetische parasieten:transposons, plasmiden, virussen, en andere genetische elementen die één ding gemeen hebben:ze leveren geen enkele nuttige bijdrage aan hun gastheren, en kan soms schadelijke effecten hebben. Genetische parasieten - soms 'egoïstische genen' genoemd - zijn vroeg in de geschiedenis van het leven ontstaan ​​en zijn tegenwoordig in bijna alle levende organismen aanwezig.

De ontdekking dat genetische parasieten zo alomtegenwoordig en overvloedig zijn, is een van de vele verrassende bevindingen op het gebied van genomica, maar veel vragen blijven onbeantwoord. Een van de meest fundamentele vragen is hoe genetische parasieten het zo lang hebben volgehouden, ondanks het bewijs dat ze schadelijk zijn op evolutionaire tijdschalen. Typisch, natuurlijke selectie resulteert in deleties van schadelijke genen, dus de belangrijkste vraag is, waarom heeft natuurlijke selectie genetische parasieten niet uitgeroeid?

In een nieuwe studie gepubliceerd in EPL , onderzoekers Jaime Iranzo en Eugene V. Koonin van de National Institutes of Health in Bethesda, Maryland, hebben ontdekt dat horizontale genoverdracht een van de sleutels kan zijn om de persistentie en verspreiding van genetische parasieten over evolutionaire tijdschalen te begrijpen.

Bij horizontale genoverdracht (HGT), genetische informatie wordt op een organisme overgedragen door een verscheidenheid aan andere mechanismen dan het traditionele ouder-op-nakomelingsproces van DNA-overdracht. Bijvoorbeeld, een organisme kan genetisch materiaal rechtstreeks van een ander organisme ontvangen - zelfs een van een andere soort - of genetisch materiaal uit de omgeving oppikken. Voor genetische parasieten, HGT biedt een manier om nieuwe hosts te infecteren, een potentieel mechanisme bieden om de verliezen als gevolg van natuurlijke selectie te compenseren.

Vroege studies hebben aangetoond, echter, dat het onwaarschijnlijk is dat HGT alleen genetische parasieten in staat zou stellen om gedurende lange tijd aan te houden, uitgaande van typische HGT-tarieven. Later onderzoek suggereerde dat willekeurige fluctuaties in de HGT-snelheden de persistentie van sommige genetische parasieten mogelijk zouden maken.

Nu in de nieuwe studie, analyseerden de onderzoekers grote hoeveelheden gegevens over de verspreiding van genetische parasieten in microbiële populaties, en gebruikte het om de minimale HGT-overdrachtssnelheden te schatten die nodig zijn voor de overleving op lange termijn van genetische parasieten. De analyse omvatte het gebruik van wiskundige modellering en vergelijkende genomica om de effecten van verschillende factoren op de verspreiding en persistentie van genetische parasieten te kwantificeren.

De onderzoekers vonden dat, hoewel de kritische HGT-snelheid afhangt van de sterkte van natuurlijke selectie en de snelheid van gendeletie, de typische HGT-percentages van genetische parasieten zijn over het algemeen hoog genoeg om hun overleving op lange termijn te garanderen. De bevindingen leveren bewijs dat genetische parasieten HGT kunnen gebruiken om natuurlijke selectie te overwinnen en miljarden jaren in het genoom van hun gastheren te blijven bestaan. Hun resultaten helpen ook verklaren waarom verschillende soorten genetische parasieten verschillende strategieën gebruiken.

"Door de kosten van genetische parasieten te kwantificeren en het minimale HGT-percentage dat parasieten nodig hebben om te blijven bestaan, we hebben een fundamenteel begrip gekregen van waarom egoïstische genen verschillen in hun parasitaire strategieën, "Iranzo vertelde" Phys.org . "Bijvoorbeeld, genetische parasieten die zeer schadelijk zijn, hebben zeer hoge HGT-tarieven nodig, wat alleen kan worden bereikt door autonome mechanismen voor HGT te ontwikkelen (in het geval van virussen en conjugatieve plasmiden) of door mee te liften op een andere parasiet die autonoom is voor HGT (in het geval van toxine-antitoxine-modules). Milde genetische parasieten, zoals transposons, meer opties hebben, zoals evoluerende mechanismen waardoor ze zich kunnen vermenigvuldigen in hun gastheergenomen."

Hoewel genetische parasieten geen functionele voordelen bieden aan hun gastheren, de concurrentie tussen vroeg levende organismen en genetische parasieten kan een cruciale rol hebben gespeeld in enkele van de belangrijkste evolutionaire gebeurtenissen in de geschiedenis van levende organismen. Bijvoorbeeld, deze competitie kan een van de drijvende krachten zijn geweest achter celcompartimentering, evenals de oorsprong van meercellige levensvormen, en hebben mogelijk ook levende organismen resistenter gemaakt tegen andere invasies van parasieten. Het begrijpen van de persistentie van genetische parasieten heeft implicaties voor het begrijpen van deze gebeurtenissen, en om andere vragen te helpen beantwoorden.

"Een natuurlijke uitbreiding van ons werk is het bestuderen van de interacties tussen verschillende klassen van genetische parasieten, " zei Iranzo. "Hoe beïnvloedt de aanwezigheid van een genetische parasiet de overleving op lange (en korte) termijn van andere genetische parasieten? Welke ecologische en evolutionaire factoren bevorderen samenwerking en/of competitie tussen genetische parasieten? Een tweede focus zou zijn het vastleggen van de voorbijgaande dynamiek die wordt waargenomen op de schaal van meerdere populaties en soorten, waar genetische parasieten zich bij sommige soorten lijken te vermenigvuldigen en bij andere afnemen."

© 2018 Fys.org