最新研究发现，细菌通过频繁的DNA交换形成物种并保持凝聚力。 同源重组这一过程强化了不同物种的界限，对微生物学、医学和环境科学具有重大意义。
科斯塔斯-康斯坦丁尼蒂斯（Kostas Konstantinidis）推翻了一个长期存在的科学假设，他证明了许多微生物像植物和动物一样组织成不同的物种。 几十年来，科学家们一直认为，由于细菌独特的基因交换机制及其全球种群的巨大规模，它们不可能形成物种。
在这一突破性发现的基础上，康斯坦丁尼蒂斯及其合作者的新研究更进一步。 研究表明，细菌不仅能形成物种，还能通过某种类似于"性"的过程来维持这些物种的凝聚力。
"我们的下一个问题是，同一物种中的单个微生物如何保持其凝聚力。 换句话说，细菌是如何保持相似的？"乔治亚理工学院土木与环境工程学院理查德-C-塔克教授康斯坦丁尼蒂斯提出。
细菌和其他微生物被认为主要通过二分裂（即无性繁殖）进化，同时也进行着不频繁的基因交换。 康斯坦丁尼蒂斯和一个国际研究小组利用一种检测基因转移的新型生物信息学方法以及新的全基因组数据库，对他们关于物种如何出现和维持的假设进行了检验。 他们发现，细菌进化和形成物种的"性征"比以前想象的更强。
他们的研究发表在Nature Communications杂志上。
为了研究微生物物种如何保持其独特的身份，研究小组分析了来自两个自然种群的微生物的完整基因组。 他们从西班牙的日晒盐场收集了100多株Salinibacter ruber（一种嗜盐微生物），并对其进行了测序。 然后，他们分析了一组先前发表的大肠埃希氏菌基因组，这些基因组是从英国的畜牧场分离出来的。
显微镜下的 Salinibacter ruber 细胞（绿色）。 其他颜色代表盐池中的不同生物。 图片来源：Tomeu Viver
他们发现，一种名为"同源重组"的过程在保持微生物物种的完整性方面发挥着重要作用。 同源重组是指微生物之间交换 DNA，并通过替换自身类似的 DNA 将新的 DNA 整合到基因组中。 他们观察到，重组频繁而随机地发生在微生物的整个基因组中，而不仅仅发生在少数特定区域。
康斯坦丁尼蒂斯说："这可能与动物、植物、真菌和非细菌生物的有性生殖有本质区别，后者是在减数分裂过程中交换DNA，但在物种凝聚力方面的结果可能是相似的。这种遗传物质的不断交换就像一种凝聚力，使同一物种的成员保持相似。"
研究人员还观察到，与不同物种的成员相比，同一物种的成员更有可能相互交换DNA，这进一步促成了明显的物种界限。
"这项工作解决了微生物学一个长期存在的重大问题，它与许多研究领域都息息相关，"康斯坦丁尼蒂斯 说。"也就是说，如何定义物种以及物种凝聚的内在机制。"
这项研究对从环境科学和进化到医学和公共卫生等多个领域都有影响，并为识别、模拟和调控临床或环境重要生物提供了宝贵的见解。 研究过程中开发的方法还为未来的流行病学和微观多样性研究提供了分子工具包。
编译自/ScitechDaily
