Костас Константинидис поставил под сомнение устоявшееся мнение о том, что бактерии не образуют четкие виды. Его новое исследование предполагает, что бактерии не только образуют виды, но и поддерживают когезивные идентичности через процесс, схожий с 'сексуальной' репродукцией.
Константинидис, профессор Ричарда С. Такера в Школе гражданского и экологического проектирования Georgia Tech, отметил: "Следующий вопрос для нас заключался в том, как отдельные микробы в одном и том же виде поддерживают свою когезию. Другими словами, как бактерии остаются похожими?"
Традиционно считалось, что бактерии эволюционируют в основном через бинарное деление, форму бесполого размножения, с редким генетическим обменом. Используя новаторский био-информатический метод и обширные данные по геномам, Константинидис и его международная команда проверили свою гипотезу о том, как возникают и поддерживаются виды. Их результаты показывают, что эволюция бактерий и формирование видов более 'сексуальны', чем считалось ранее.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications. Чтобы изучить, как микробные виды сохраняют свои идентичности, команда проанализировала полные геномы микробов из двух природных популяций. Они секвенировали более 100 штаммов Salinibacter ruber из солнечных соляных заводов в Испании и проанализировали ранее опубликованные геномы Escherichia coli из животноводческих ферм в Великобритании, сравнивая геномы близкородственных микробов для изучения обмена генами.
Исследование показало, что 'гомологическая рекомбинация' играет важную роль в поддержании микробных видов. Этот процесс включает обмен ДНК между микробами и интеграцию новой ДНК в их геномы. Исследователи обнаружили, что рекомбинация происходит часто и случайно по всему микробному геному, а не только в нескольких специфических областях.
Константинидис отметил: "Это может быть принципиально отличным от сексуального размножения у животных, растений, грибов и небактериальных организмов, где ДНК обменивается во время мейоза, но результат в терминах когезии видов может быть схожим." Постоянный обмен генетического материала действует как когезивная сила, поддерживая сходство среди членов одного и того же вида.
Исследователи также обнаружили, что представители одного и того же вида более склонны обмениваться ДНК друг с другом, чем с представителями других видов, что дополнительно способствует четким границам видов.
Константинидис добавил: "Эта работа решает важную, давнюю проблему микробиологии, которая актуальна для многих областей исследований, а именно, как определить виды и механизмы, лежащие в основе когезии видов."
Это исследование имеет широкие последствия для различных областей, от экологической науки и эволюции до медицины и общественного здоровья, и предоставляет ценные идеи для идентификации и регулирования клинически или экологически значимых организмов. Разработанная в ходе исследования методология также предоставляет молекулярный инструмент для будущих эпидемиологических и микроразнообразных исследований.