Бактерии — наиболее густонаселённые организмы на нашей планете. С помощью генетических вариаций, которые обеспечивают их возможностями, необходимыми для выживания, они адаптируются к различным способам обитания, и следовательно, процветают практически во всех известных нам окружающих средах, сообщает «WordScience.org».
Как считают учёные, эти генетические инновации возникают вследствие случайной мутации и обмена генами, а иногда и частями ДНК между бактериями — процесс, который иногда даёт преимущество, и который становится неотъемлемой частью генома.
Но само распространение мутации, в ходе которого происходит передача генов от одной бактерии к другой, является открытым научным вопросом.
Самостоятельно ли распространяется ген от одной бактерии к другой, содержащий выгодную мутацию? Или же человек получает единственный ген, а затем копирует его много раз для формирования нового и лучше адаптированных генов? Противоречивые доводы подходят к обоим
В статье журнала «Science», появившейся 6-го апреля 2012-го года, исследователи Массачусетского технологического института Департамента гражданской и экологической инженерии (MIT’s Department of Civil and Environmental Engineering) дали чёткое объяснение тому, что передача выгодной мутации может передаваться самостоятельно. Исследование урегулировало ранние противоречивые доказательства, показывая, что после зачисток этих генов, рекомбинация между штаммами бактерий из различных групп популяций становится намного меньше, что приводит к образцу генетического разнообразия, напоминающий клоновую популяцию.
Это означает, что в процессе эволюции данные бактерии очень похожи на эукариотов (которые не передают геном в целости и сохранности своему потомству), и осуществляют только единственный метод развития, подразделяющийся на две основные Земные формы жизни: прокариоты и эукариоты.
Результаты также позволили добраться до сути другого научного вопроса: как разграничить виды бактерий и определить, можно ли отнести термин «вид» к бактериям, которые, как правило, идентифицируются, как экологическая популяция, а не вид. Если все бактерии в популяции являются клонами от общего предка, то идея разновидностей не может применяться. Но если, как показывает новое исследование, гены случайно распределяются между людьми, то, естественно, это может привести к новой, экологически специализированной популяции и тогда применение термина может быть оправдано.
«Мы обнаружили, что дифференцирование между популяциями было ограничено несколькими небольшими участками в геноме», — говорит Эрик Альм, профессор гражданской и экологической, а также и биологической инженерии.
Со-ведущий исследователь проекта профессор Центральной и Восточной Европы Мартин Полз добавил: «Аналогичные тенденции наблюдались и у животных, но мы не ожидали увидеть их у бактерий».
Как заметили исследователи, процесс экологического дифференцирования бактерий подобен тому, что наблюдается у москитов — переносчиков малярии. С помощью одного гена некоторые популяции развили у себя устойчивость к малярии, в то время как другим группам, разделяющим ту же среду обитания, этого сделать не удалось.
«Несмотря на то, что источники генетического разнообразия между бактериями и эукариотами весьма различны, процессы, посредством которых происходит распространение адаптивного разнообразия, тем самым вызывая экологическую дифференциацию, кажутся очень похожими», — говорит доктор философии Джесси Шапиро, кандидат в Гарвардском университете (Harvard University).
Исследователи провели работу, в ходе которой они использовали 20 полных геномов бактерий «Vibrio cyclitrophicus», которые недавно разделились на две экологические популяции, приспособленные к местообитанию, где содержаться различные типы зоопланктона, фитопланктона и некоторых органических частиц в морской воде. В предыдущем исследовании, основанном на нескольких генов-маркеров, они предсказывали, что в процессе развития популяция «Vibrio» была тесно связана с окружающей средой.
Новое исследование показывает, что эти две популяции часто смешивались в процессе генетической рекомбинации, оставаясь генетически отличными в горстке экологически приспособленных генов с увеличивающейся тенденцией к разделению гена в пределах, а не между средами обитания.
«Генетическая основа экологической дифференциации бактерий позволит нам определить все нужные нам процессы — на мой взгляд это самая большая проблема в современной микробной экологии», — говорит У. Форд Дулиттл, почётный профессор биохимии в Делхасийском университете (Dalhousie University).
Со-авторы статьи: аспирант Массачусетского технологического института Джонатан Фридман, пост-докторат Отто Кордеро и Сара Прехейм, аспирант Соня Тимберлейк и Гита Сабо из Венского университета (University of Vienna).
Данное исследование финансировалось Национальным научным фондом Гордона и Бетти Мур (Gordon and Betty Moore Foundation).
