细菌彼此共享基因甚至跨越组织边界

研究人员报告说，人体中的细菌以比自然界中常见的更高的速度彼此共享基因，其中一些基因似乎正在旅行 - 独立于它们的微生物宿主 - 从身体的一部分到另一部分。科学报告期刊。

该研究结果是韩国极地研究所高级研究科学家Kyung Mo Kim最初概念化的分子数据挖掘方法的结果。伊利诺伊大学农作物科学和Carl R. Woese基因组生物学研究所教授Gustavo Caetano-Anollés与他的前学生Arshan Nasir合作开发了这种方法，该学生来自巴基斯坦的伊斯兰堡COMSATS大学，他目前是新的洛斯阿拉莫斯国家实验室的杰出研究员。墨西哥。

这种计算上具有挑战性的方法使他们能够识别“水平基因转移”的实例，即在有性或无性繁殖之外的生物之间直接转移基因。

“水平基因转移是地球上遗传信息交换的主要力量，”Caetano-Anollés说。“这些交换使微生物适应和繁殖，但它们对人类健康也很重要。有些细菌不能生活在我们体外，有些细菌不能生存。”

纳西尔说：“更好地了解这一现象也将具有重要的公共卫生价值，因为抗生素抗性基因水平传播导致多重耐药病原体的出现已成为全球关注的问题。”

对于新的分析，科学家利用基因组信息构建了成千上万的人类细菌“家谱”。通过微生物基因树的调和，团队可以弄清楚哪些基因是遗传的，哪些是水平基因转移的结果。

“目前大多数确定水平基因转移的方法都比较了DNA特征或基因组之间的统计相似性，以确定外源基因，”纳西尔说。“这对于相对较新的基因转移非常有效，但往往无法确定数百万或数十亿年前发生的转移事件。”

他说，更加劳动密集的方法使团队能够克服这一障碍。

“我们研究人类相关的微生物，因为它们被认为是维持人类健康和新陈代谢的关键因素，”纳西尔说。“我们计算了基因转移率和方向 - 谁转移了谁 - 为美国国立卫生研究院人类微生物组项目抽取的1000多种参考细菌基因组。”

Caetano-Anollés说，研究人员发现了证据支持早期发现人类相关细菌与其基因非常混杂的证据。这些细菌来自六个人体部位：肠道，皮肤，口腔，血液，泌尿生殖道和气道。

“我们体内微生物之间的水平交换比你在地球上其他地方发现的水平高约30%，”他说。“这意味着我们的身体提供了独特的利基，促进了微生物层面的创新。”

大约40%的基因交换发生在生活在同一身体部位的细菌中。另外60%涉及不同组织中细菌之间的基因共享，例如肠道内和血液中的生物。

在所有情况下，基因转移在密切相关的生物体中最常见，无论它们是否占据相同或不同的身体组织。事实上，研究人员报告说，不同身体部位生物体之间的基因共享发生率高于生活在同一地点的远缘相关细菌的基因共享。

纳西尔说：“其中一些可能是在微生物定植于人体之前发生的非常古老的基因转移事件。”“也可能是某些细菌在个体的生命周期中的不同时间点定居在不同的人体部位。其他细菌可能是细菌DNA从一个部位转移到另一个部位的结果，可能是通过血液。我们需要进一步的实验证据测试这种诱人的可能性。“

研究人员说，其他科学家可以使用他们为这项工作开发的工具HGTree，以更准确地预测哪些基因通过繁殖过程“垂直”遗传，并通过水平基因转移从其他微生物中获取。研究人员表示，这将有助于提高对微生物和人类进化的认识。