Электрические угри заражают окружающих чужой ДНК
Высоковольтный разряд от охотящихся угрей помогает плавающей в воде ДНК проникать в живые клетки.
Электрические угри используют свои электрические способности по-разному. Когда угорь просто плывёт в мутной воде, он генерирует низковольтные импульсы, чтобы ориентироваться на местности. Если угорь хочет есть, а добыча, как назло, затаилась, он генерирует короткие последовательности из двух-трёх высоковольтных импульсов. Такой разряд имитирует сигнал моторных нейронов, которые управляют мышечными сокращениями: жертва, которая попала под такие разряды, начинает дёргаться против своей воли. Обнаружив добычу, угорь посылает ей много вольт на высокой частоте, которые добычу парализуют – теперь её можно спокойно съесть. Много вольт – это несколько сотен; рекорд принадлежит электрическому угрю вида Electrophorus voltai, который генерирует напряжение в 860 вольт.
Допустим, рыбу, которую угорь собирался съесть, он съест, но ведь его вольты почувствуют и другие существа, оказавшиеся рядом, притом достаточно мелкие, чтобы угорь не обратил на них внимания. Придя в себя после шока, они продолжат заниматься своими делами, однако есть вероятность, что они уже никогда не будут прежними: из-за электроразряда в их клетки попала чужая ДНК.
Клеточная мембрана – это билипидный слой с рассеянными по нему белками. Электрическое сопротивление у мембраны очень высокое, однако высокое напряжение (от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт) «пробивает» её, так что в клетку могут проникнуть каике-то вещества извне. Если импульс был короткий, мембрана закроется и клетка останется в живых. Это феномен лежит в основе рутинного лабораторного метода под названием электропорация.
Допустим, есть ДНК, которая кодирует некий белок, и нужно, чтобы его синтезировали клетки, у которых его в геноме нет. Тогда берут суспензию этих клеток, добавляют к ним раствор ДНК и пропускают через них короткий высоковольтный разряд. Метод, как было сказано, рутинный, возник давно, оброс уравнениями и биофизическими теориями, которые описывают появление пор, их размер, время, за которое они закроются обратно и т. д. Но если вернуться к нашим угрям, то в уме легко возникает аналогия: угри работают как установка для электропорации.
Именно эта аналогия пришла в голову сотрудникам Нагойского университета и Университета Киото, и они решили её проверить экспериментально. В аквариум с электрическим угрём поместили мальков (точнее сказать, личинок) полосатого данио. Рыбьи личинки плавали в специальной ёмкости, где была растворена ДНК, кодирующая зелёный флуоресцирующий белок (обычный молекулярный маркер, с помощью которого определяют, насколько хорошо ДНК проникла в клетки и насколько хорошо клетки с этой чужой ДНК работают). Угорь генерировал высоковольтный парализующий разряд, какая-то часть личинок погибала, какая-то часть выживала. И вот, как говорится в статье в PeerJ, 5% выживших личинок приобретали ДНК с флуоресцирующим белком – некоторые клетки их тела светились зелёным.
Личинка полосатого данио, которая получила зелёный флуоресцирующий белок после электрошока от угря. Фото: Shintaro Sakaki / Nagoya University
В окружающей среде содержится много бесхозной ДНК, которая берётся из физиологических выделений, из отмерших клеток, из погибших организмов. ДНК – молекула прочная, и, например, бактерии могут вбирать в себя ДНК из окружающей среды, используя её в своём хозяйстве (если в ней есть, что использовать); для бактерий и архей это один из способов горизонтального переноса генов. Вполне может быть, что угри вносят свой вклад в стихийные генетические модификации, хотя насколько этот их вклад существенен, сказать трудно.
Можно было бы проверить рыб, моллюсков, коловраток и прочих существ, которые делят ареал с угрями, на предмет странных генов, которые неизвестно откуда взялись в местных популяциях. Кстати, в природе сильный электрический разряд могут дать не только угри. Во-первых, кроме них, есть другие электрические рыбы, а во-вторых, в поверхность земли ведь регулярно бьют молнии, и есть исследования, которые говорят о том, что молнии способствуют внедрению чужой ДНК в клетки почвенных бактерий и нематод.
