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人类微生物在远距离交换基因

虽然滥交在历史上在许多社会中都是不受欢迎的,但在微生物世界中,它对生存至关重要。细菌在它们之间交换遗传物质的想法最早在20世纪20年代后期被描述,并被称为水平基因转移(HGT)。尽管大量的研究已经阐明了这种遗传信息转移的分子机制,但直到最近,研究人员才发现人体内的细菌以比自然界常见的更高的速度相互分享基因。更有趣的是,这些基因似乎是独立于它们的微生物宿主 - 从身体的一部分到另一部分。

人类微生物在远距离交换基因

这些新发现是伊利诺伊大学和伊斯兰堡大学研究人员采用的一种新型分子数据挖掘方法的一部分。这种具有计算挑战性的方法使研究人员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。这项新研究的结果发表在今天的科学报告中,题为“通过系统发育重建和协调推断的人类相关微生物中的水平基因转移”。

“水平基因转移是地球上遗传信息交换的主要力量,”研究作者,伊利诺伊大学教授Gustavo Caetano-Anollés博士解释说。“这些交换使微生物适应和繁殖,但它们可能对人类健康也很重要。有些细菌不能生活在我们体外,还有一些细菌无法生存。“

“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扩散导致多重耐药病原体的出现已成为全球关注的问题,”高级研究员Arshan Nasir博士说。 ,COMSATS大学伊斯兰堡,现任新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的杰出研究员。

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。”

虽然更加劳动密集,但新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。“我们通过美国国立卫生研究院人类微生物组计划对1000多种参考细菌基因组进行了计算,计算了基因转移率和方向 - 谁转移了谁。”

研究人员从六个人体部位采集细菌:肠道,皮肤,口腔,血液,泌尿生殖道和气道。令人惊讶的是,该研究小组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。

“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出约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之间。

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。

纳西尔总结说:“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生命周期的不同时间点定居在不同的人体部位。其他可能是细菌DNA从一个位点转移到另一个位置的结果,可能是通过血液。我们需要进一步的实验证据来测试这种诱人的可能性。“

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