Informational architecture organizes plasmid genomes
Analizzando quasi 62.000 plasmidi, questo studio rivela che i geni informativi codificati dai plasmidi non sono acquisizioni casuali, ma formano un'architettura prevedibile e coordinata che supporta la funzione plasmidica ed espande il ruolo evolutivo del trasferimento genico orizzontale.
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In quasi ogni batterio, due distinti tipi di materiale genetico lavorano insieme per mantenere in vita la cellula. Il primo è il cromosoma, una grande e stabile biblioteca che contiene le istruzioni essenziali per costruire il macchinario della cellula, come gli strumenti necessari per copiare il DNA, leggere i codici genetici e produrre proteine. Il secondo è il plasmide, un pezzo di DNA più piccolo e circolare che spesso funge da unità di stoccaggio mobile. Gli scienziati hanno a lungo considerato i plasmidi come semplici corrieri, che trasportano geni extra che aiutano i batteri a sopravvivere a sfide specifiche, come la resistenza agli antibiotici o la digestione di fonti di cibo insolite. La convinzione prevalente era che, sebbene i plasmidi potessero raccogliere questi accessori utili, dipendessero interamente dal cromosoma per il lavoro pesante delle funzioni biologiche di base. Se un plasmide aveva bisogno di replicarsi o tradurre i propri geni, si pensava che dovesse semplicemente prendere in prestito gli strumenti necessari dalla biblioteca principale della cellula ospite.
Questa supposizione, tuttavia, ha lasciato una lacuna enigmatica nella nostra comprensità. I ricercatori avevano notato che i plasmidi trasportano frequentemente i geni per il medesimo macchinario di cui si suppose dovessero fare affidamento, inclusi le istruzioni per la replicazione, la trascrizione e la traduzione. La domanda era se questi geni fossero meri passeggeri accidentali, raccolti casualmente lungo il percorso, o se formassero un sistema deliberato e organizzato. Per rispondere a questo, un team di scienziati ha analizzato le planimetrie genetiche di 61.961 plasmidi raccolti da una vasta gamma di lignaggi batterici. Cercavano modelli che potessero rivelare se questi elementi genetici fossero collezioni caotiche di geni o se possedessero un design strutturato.
I ricercatori hanno scoperto che i geni su questi plasmidi non sono un carico casuale. Invece, essi formano un'architettura prevedibile che rispecchia l'organizzazione vista nei genomi più grandi. Concentrandosi sull'RNA di trasporto, le molecole che aiutano a tradurre il codice genetico in proteine, il team ha dimostrato che la presenza e la quantità di queste molecole su un plasmide potevano essere accuratamente predette osservando gli altri geni nelle vicinanze. Il plasmide sembra trasportare esattamente la giusta quantità di questi strumenti di traduzione per corrispondere ai bisogni dei geni che sta trasportando. Questa relazione si estende oltre l'RNA di trasporto e include i geni responsabili della copia del DNA e della lettura delle istruzioni genetiche. Lo studio suggerisce che i plasmidi facciano molto più che trasportare tratti adattivi; essi trasportano anche l'infrastruttura necessaria per eseguire tali tratti. Questa scoperta indica che quando i batteri condividono materiale genetico, non stanno solo scambiando strumenti, ma stanno anche trasferendo un sistema operativo completo e autonomo, ampliando la nostra comprensione di come l'informazione genetica si muove ed evolve nel mondo microbico.
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