Проф. Константинидис и екипът му разкриват тайния живот на бактериите

Акценти

Проф. Костас Константинидис от Технологичния университет в Джордия, САЩ, и международен екип учени от САЩ, Испания, Германия, Австрия и Южна Африка, показват в изследване, че бактериите не само образуват видове, но и ги поддържат чрез процес, който може да бъде определен донякъде като сексуален.

Тайният живот на микробите

Един от важните въпроси, на който Проф. Константинидис и колегите му търсят отговор е как отделните микроби от един и същ вид поддържат своята кохезивност. „С други думи как бактериите остават подобни“, казва ученият, който в предишно свое изследване доказва, че много микроби са организирани във видове подобно на растенията и животните.

Сега проучването показва, че бактериите не само образуват видове, но също така ги поддържат сплотени чрез процес, който донякъде може да бъде определен като сексуален.

Научната общност смята, че микробите се развиват преди всичко чрез бинарно делене, тоест чрез безполово възпроизвеждане, като в същото време участват в рядък генетичен обмен.

Как възникват и се поддържат видовете? Към това е насочен интересът на учените в новото им изследване. За да получи отговори, екипът използва биоинформационен метод за откриване на генен трансфер и колекция от данни за целия геном. Така изследователите успяват да тестват хипотезата си затова как видовете възникват и се поддържат.

За да проучи как видовете микроби поддържат своята различна идентичност, научната група анализира прецизно пълните геноми на микроби от две естествени популации.

Първата е Salinibacter ruber – червена бактерия, открита през 2002 г. в Испания, която живее изключително в солена среда. Втората е известната на всички Escherichia coli, чиито геноми, изолирани от животновъдни ферми в Обединеното кралство, учените анализират подробно.

По време на проучването те сравняват геномите на тясно свързани микроби, за да видият как точно се обменят гени.

Така откриват, че процес, наречен хомоложна рекомбинация, играе основна роля в поддържането на микробните видове заедно.

>>>Някои от най-смъртоносните бактерии се хранят с човешка кръв

Хомоложната рекомбинация възниква, когато микробите обменят ДНК помежду си и приемат новата ДНК в своя геном, с която заменят собствената си. Учените наблюдават, че рекомбинацията се случва често и на случаен принцип в целия геном на микробите.

„Това е фундаментално различен механизъм от сексуалното размножаване при еукариотите и съпътстващата концепция за биологични видове, въпреки че крайният резултат по отношение на сплотеността на видовете може да е подобен. Това означава, че генният обмен не се извършва по време на етапа на мейозата, а чрез вектори на хоризонтален генен трансфер, медииран чрез рекомбинация“, пишат авторите в статията с резултатите, публикувана в списанието Nature Communications.

Проф. Костас Костантинидис допълва, че постоянният обмен на генетичен материал действа като сплотяваща сила, поддържайки приликите между членовете на един и същи вид.

Екипът констатира още, че представителите на един и същи вид са по-склонни да обменят ДНК помежду си, отколкото с представители на други видове, което допринася допълнително за формирането на ясни граници между видовете.

Резултатът

Изследването има значение за няколко научни области – от екология и еволюция до медицина и обществено здраве. Авторите предлагат ценни прозрения за идентифицирането, моделирането и регулирането на клинични важни организми. Разработената по време на проучването методология, предоставя молекулярни инструменти за бъдещи епидемиологични изследвания.

„Настоящата ни работа се занимава с важен и дългогодишен проблем в микробиологията, който е от значение за много области на изследване. Става дума за това как да се определят видовете и основните механизми за взаимодействие“, подчертава проф. Костас Константинидис.

>>>Мутация променя ешерихия коли от безобидна в опасна

„Нашите резултати предполагат, че бактериите и другите микроби могат да се развиват повече „сексуално“ отколкото се смяташе досега. Драстично различният начин на живота на изследваните от нас Escherichia coli (човешки и животински коменсал) и Salinibacter ruber (халофилна екологична бактерия), то и тяхното голямо филогенетично разстояние като членове на различни бактериални фили, показват, че докладваните тук резултати вероятно са приложими към допълнителни таксони. Всъщност, работата ни предполага, че подобни модели на скорошен генен обмен могат да се наблюдават при човешки и бактериални вируси“, посочват авторите в публикацията.