Kostas Konstantinidis hat den langjährigen Glauben in Frage gestellt, dass Bakterien keine klaren Arten bilden. Seine neue Forschung legt nahe, dass Bakterien nicht nur Arten bilden, sondern auch kohäsive Identitäten durch einen Prozess aufrechterhalten, der einer 'sexuellen' Fortpflanzung ähnelt.
Konstantinidis, der Richard C. Tucker Professor an der Georgia Tech's School of Civil and Environmental Engineering ist, sagte: "Die nächste Frage für uns war, wie einzelne Mikroben in derselben Art ihre Kohäsion aufrechterhalten. Mit anderen Worten, wie bleiben Bakterien ähnlich?"
Traditionell wurde angenommen, dass Bakterien hauptsächlich durch binäre Spaltung, eine Form der asexuellen Fortpflanzung, evolvieren, wobei es nur selten zu genetischem Austausch kommt. Mit einer neuartigen bioinformatischen Methode und umfangreichen Genomdaten testeten Konstantinidis und sein internationales Team ihre Hypothese zur Entstehung und Erhaltung von Arten. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die bakterielle Evolution und die Artenbildung 'sexueller' sind als bisher angenommen.
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Um zu untersuchen, wie mikrobielle Arten ihre Identitäten bewahren, analysierte das Team vollständige Genome aus zwei natürlichen Populationen. Sie sequenzierten über 100 Stämme von Salinibacter ruber aus solarbetriebenen Salinen in Spanien und untersuchten zuvor veröffentlichte Escherichia coli-Genome von Viehfarmen im Vereinigten Königreich, um den Austausch von Genen zu vergleichen.
Die Studie ergab, dass 'homologe Rekombination' eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung mikrobielle Arten spielt. Dieser Prozess beinhaltet den Austausch von DNA zwischen Mikroben und deren Integration in ihre Genome. Die Forscher stellten fest, dass Rekombination häufig und zufällig im gesamten Mikrobengenom auftritt und nicht auf bestimmte Regionen beschränkt ist.
Konstantinidis bemerkte: "Dies könnte grundlegend anders sein als die sexuelle Fortpflanzung bei Tieren, Pflanzen, Pilzen und nicht-bakteriellen Organismen, wo DNA während der Meiose ausgetauscht wird, aber das Ergebnis in Bezug auf die Kohäsion der Arten ähnlich sein kann." Der ständige Austausch genetischen Materials fördert die Kohäsion unter den Mitgliedern derselben Art.
Die Forscher entdeckten außerdem, dass Mitglieder derselben Art eher DNA untereinander austauschen als mit Mitgliedern anderer Arten, was die Abgrenzung der Arten weiter verstärkt.
Konstantinidis bemerkte: "Diese Arbeit befasst sich mit einem wichtigen, langanhaltenden Problem der Mikrobiologie, das für viele Forschungsbereiche relevant ist, nämlich wie man Arten definiert und die zugrunde liegenden Mechanismen der Kohäsion von Arten versteht."
Diese Forschung hat weitreichende Auswirkungen auf verschiedene Bereiche, von Umweltwissenschaften und Evolution bis hin zu Medizin und öffentlicher Gesundheit, und bietet wertvolle Einblicke zur Identifizierung und Regulierung klinisch oder ökologisch wichtiger Organismen. Die während der Forschung entwickelte Methodik bietet auch ein molekulares Werkzeug für zukünftige epidemiologische und mikrodiversitätsstudien.