Бактерии тоже занимаются «сексом» и делают это постоянно
Новое исследование Костаса Константинидиса и его коллег показало, что бактерии не только образуют виды, но и поддерживают их целостность с помощью процесса, который в некотором роде является «половым».
«Следующий вопрос для нас заключался в том, как отдельные микробы одного вида поддерживают свою сплоченность. Другими словами, как бактерии остаются похожими друг на друга?», — говорит Костас Константинидис, профессор Технологического института Джорджии и ведущий автор работы, опубликованной в журнале Nature Communications.
Считается, что бактерии и другие микробы развиваются в основном путем бинарного деления, то есть бесполого размножения, при этом генетический обмен между бактерии происходит достаточно редко. Используя новый биоинформационный метод для обнаружения переноса генов, а также новый массив данных о целых геномах, Константинидис и международная группа исследователей проверили свою гипотезу о том, как возникают и поддерживаются виды. Они обнаружили, что бактерии развиваются и образуют виды более «сексуально», чем считалось ранее.
Что такое «секс» у бактерий
Чтобы выяснить, как виды микроорганизмов сохраняют свою целостность, команда проанализировала полные геномы микробов из двух природных популяций. Они собрали и секвенировали более 100 штаммов Salinibacter ruber (микроба, любящего соль) из солончаков в Испании. Затем они проанализировали ранее опубликованный набор геномов кишечной палочки, выделенной с животноводческих ферм в Великобритании. Ученые сравнили геномы близкородственных микробов, чтобы увидеть, как происходит обмен генами.
Ученые обнаружили, что процесс, называемый «гомологичной рекомбинацией», играет важную роль в сохранении единства вида микроорганизмов. Гомологичная рекомбинация происходит, когда микробы обмениваются друг с другом ДНК и встраивают новую ДНК в свой геном, заменяя ею свою собственную аналогичную ДНК. Ученые заметили, что рекомбинация происходит часто и случайным образом по всему геному микробов, а не только в нескольких определенных регионах.
«Это кардинально отличается от полового размножения у животных, растений, грибов и небактериальных организмов, где обмен ДНК происходит во время мейоза, но результат с точки зрения целостности вида может быть аналогичным», — говорит Константинидис. — «Этот постоянный обмен генетическим материалом действует как связующая сила, сохраняя сходство между представителями одного вида».
Исследователи также заметили, что представители одного вида чаще обмениваются ДНК друг с другом, чем с представителями других видов, что еще больше способствует формированию четких видовых границ.
«Эта работа решает важную и давнюю проблему микробиологии, которая актуальна для многих областей исследований», — говорит Константинидис. — «Как определить вид и механизмы, лежащие в основе видовой сплоченности».
Исследование имеет значение сразу для нескольких областей, от экологии и эволюции до медицины и здравоохранения, и предлагает ценные идеи для идентификации, моделирования и регулирования клинически или экологически важных организмов.