最新研究發現，細菌透過頻繁的DNA交換形成物種並保持凝聚力。 同源重組這個過程強化了不同物種的界限，對微生物學、醫學和環境科學具有重大意義。

科斯塔斯-康斯坦丁尼蒂斯（Kostas Konstantinidis）推翻了一個長期存在的科學假設，他證明了許多微生物像植物和動物一樣組織成不同的物種。 幾十年來，科學家一直認為，由於細菌獨特的基因交換機制及其全球族群的巨大規模，它們不可能形成物種。

在這項突破性發現的基礎上，康斯坦丁尼蒂斯及其合作者的新研究更進一步。 研究表明，細菌不僅能形成物種，還能透過某種類似”性”的過程來維持這些物種的凝聚力。

「我們的下一個問題是，同一物種中的單一微生物如何保持其凝聚力。 換句話說，細菌是如何保持相似的？」喬治亞理工學院土木與環境工程學院理查德-C-塔克教授康斯坦丁尼蒂斯提出。

細菌和其他微生物被認為主要透過二分裂（即無性繁殖）演化，同時也進行著不頻繁的基因交換。 康斯坦丁尼蒂斯和一個國際研究小組利用一種檢測基因轉移的新型生物資訊方法以及新的全基因組資料庫，對他們關於物種如何出現和維持的假設進行了檢驗。 他們發現，細菌進化和形成物種的”性徵”比以前想像的更強。

他們的研究發表在Nature Communications雜誌。

為了研究微生物物種如何保持其獨特的身份，研究小組分析了來自兩個自然族群的微生物的完整基因組。 他們從西班牙的日曬鹽場收集了100多株Salinibacter ruber（一種嗜鹽微生物），並對其進行了測序。 然後，他們分析了一組先前發表的大腸埃希氏菌基因組，這些基因組是從英國的畜牧場分離出來的。

顯微鏡下的Salinibacter ruber 細胞（綠色）。 其他顏色代表鹽池中的不同生物。 圖片來源：Tomeu Viver

他們發現，一種名為”同源重組”的過程在保持微生物物種的完整性方面發揮著重要作用。 同源重組是指微生物之間交換DNA，並透過替換自身類似的DNA 將新的DNA 整合到基因組中。 他們觀察到，重組頻繁且隨機地發生在微生物的整個基因組中，而不只是發生在少數特定區域。

康斯坦丁尼蒂斯說：「這可能與動物、植物、真菌和非細菌生物的有性生殖有本質區別，後者是在減數分裂過程中交換DNA，但在物種凝聚力方面的結果可能是相似的。

研究人員還觀察到，與不同物種的成員相比，同一物種的成員更有可能相互交換DNA，這進一步促成了明顯的物種界線。

“這項工作解決了微生物學一個長期存在的重大問題，它與許多研究領域都息息相關，」康斯坦丁尼蒂斯說。 “也就是說，如何定義物種以及物種凝聚的內在機制。”

這項研究對從環境科學和演化到醫學和公共衛生等多個領域都有影響，並為識別、模擬和調控臨床或環境重要生物提供了寶貴的見解。 研究過程中開發的方法也為未來的流行病學和微觀多樣性研究提供了分子工具包。

編譯自/ ScitechDaily