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PNAS:全球首次发现!某些微生物或会通过水平基因转移过程来改变其进化规则!

来源:本站原创 2020-10-19 10:36

2020年10月19日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一篇发表在国际杂志PNAS上的研究报告中,来自莫纳什大学等机构的科学家们通过研究在世界上首次发现,某些微生物或会改变进化的规则。进化论的主要思想集中在父母辈和后代之间的遗传或垂直基因转移(VGT,vertical gene transfer)过程。如今科学家们将更多的注意力转移到了水平基因转移上(HGT,horizontal gene transfer),即DNA的传递而不是从父母辈到后代之间的传递,这种转移模式会告诉我们关于诸如细菌等其它生物的进化机制,同时还能帮助研究人员更好地理解抗生素耐药性的产生机制。

图片来源:Monash University

这项研究中,研究人员通过研究首次发现水平基因转移(HGT)或会改变物种的进化规则;研究者McDonald说道,HGT对于微生物进化而言非常重要,尤其是对于人类病原体的抗生素耐药进化机制;在医院、下水道和农场生活的细菌中,抗生素耐药性基因非常常见,因为这些地方都存在人类活动的轨迹;然而当科学家们检测并没有抗生素的环境(比如森林或河口)时,他们仍然能够检测到抗生素耐药性基因的存在。

随后研究人员进行了一项进化实验来研究诱发抗生素耐药性的基因是如何在环境中扩散的,他们在不含抗生素的生长培养基中检测了对抗生素敏感的细菌,研究者允许被检测的细菌从其它抗生素耐药性细菌中获得HGT,紧接着他们利用全基因组测序技术来证实是否抗生素耐药性基因会在群体中扩散(即使是在不进行选择的情况下),同时利用高浓度的抗生素来挑战进化的群体,结果发现,接受HGT的群体能够在抗生素疗法的情况下依然生存,但并未接受HGT的对照细菌群体则无法生存。

研究者发现,抗生素耐药性基因或能扩散到并未经历抗生素选择的群体中,尽管这些基因处于较低水平,其仍然能够为后期科学家们开发抵御耐药菌的新型抗生素提供新的思路和希望;相关研究结果或许能帮助解释为何在医院抗生素耐药性进化地如此迅速。本文研究中,研究人员首次解释了抗生素耐药性基因如何停留在某些微生物群体中,即使这些微生物群体并没有面对抗生素的选择性压力。

研究者表示,本文研究还能帮助解释为何患者在接受抗生素治疗后的很长一段时间内仍然存在对抗生素耐药的细菌,以及为何即使细菌此前并未接触过抗生素,其仍然能够迅速进化出抗生素的耐药性。本文研究结果非常重要,因为其能够解释HGT如何改变物种的进化规则,此前有研究表明,唯一能在一个种群中进行扩散传播的基因是那些能在当前带来好处的基因(在当前某一物种所经历的环境中),这是因为自然选择会将较低适合度且有害的基因从种群中进行剔除。

最后研究者McDonald表示,如果HGT能将足够的基因转移到人群中,其或许就会提供一种力量来阻止自然选择的发生,并能够允许那些不会产生益处的基因在种群中不断传播。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Laura C. Woods, Rebecca J. Gorrell, Frank Taylor, et al. Horizontal gene transfer potentiates adaptation by reducing selective constraints on the spread of genetic variation, PNAS (2020) doi:10.1073/pnas.2005331117

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