雖然濫交在歷史上在許多社會中都是不受歡迎的，但在微生物世界中，它對生存至關(guān)重要。細(xì)菌在它們之間交換遺傳物質(zhì)的想法最早在20世紀(jì)20年代后期被描述，并被稱為水平基因轉(zhuǎn)移(HGT)。盡管大量的研究已經(jīng)闡明了這種遺傳信息轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制，但直到最近，研究人員才發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)的細(xì)菌以比自然界常見的更高的速度相互分享基因。更有趣的是，這些基因似乎是獨(dú)立于它們的微生物宿主 - 從身體的一部分到另一部分。

這些新發(fā)現(xiàn)是伊利諾伊大學(xué)和伊斯蘭堡大學(xué)研究人員采用的一種新型分子數(shù)據(jù)挖掘方法的一部分。這種具有計算挑戰(zhàn)性的方法使研究人員能夠識別水平基因轉(zhuǎn)移的實例，即在有性或無性繁殖之外的生物之間直接轉(zhuǎn)移基因。這項新研究的結(jié)果發(fā)表在今天的科學(xué)報告中，題為“ 通過系統(tǒng)發(fā)育重建和協(xié)調(diào)推斷的人類相關(guān)微生物中的水平基因轉(zhuǎn)移 ”。

“水平基因轉(zhuǎn)移是地球上遺傳信息交換的主要力量，”研究作者，伊利諾伊大學(xué)教授Gustavo Caetano-Anollés博士解釋說。“這些交換使微生物適應(yīng)和繁殖，但它們可能對人類健康也很重要。有些細(xì)菌不能生活在我們體外，還有一些細(xì)菌無法生存。“

“更好地了解這一現(xiàn)象也將具有重要的公共衛(wèi)生價值，因為抗生素抗性基因水平擴(kuò)散導(dǎo)致多重耐藥病原體的出現(xiàn)已成為全球關(guān)注的問題，”高級研究員Arshan Nasir博士說。 ，COMSATS大學(xué)伊斯蘭堡，現(xiàn)任新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的杰出研究員。

對于新的分析，科學(xué)家利用基因組信息構(gòu)建了成千上萬的人類細(xì)菌“家譜”。通過微生物基因樹的調(diào)和，團(tuán)隊可以弄清楚哪些基因是遺傳的，哪些是水平基因轉(zhuǎn)移的結(jié)果。

目前大多數(shù)確定水平基因轉(zhuǎn)移的方法都比較了DNA特征或基因組之間的統(tǒng)計相似性，以確定外源基因，”納西爾說。“這對于相對較新的基因轉(zhuǎn)移非常有效，但往往無法確定數(shù)百萬或數(shù)十億年前發(fā)生的轉(zhuǎn)移事件。”

雖然更加勞動密集，但新方法使團(tuán)隊能夠克服這一障礙。

“我們研究人類相關(guān)的微生物，因為它們被認(rèn)為是維持人類健康和新陳代謝的關(guān)鍵因素，”納西爾說。“我們通過美國國立衛(wèi)生研究院人類微生物組計劃對1000多種參考細(xì)菌基因組進(jìn)行了計算，計算了基因轉(zhuǎn)移率和方向 - 誰轉(zhuǎn)移了誰。”

研究人員從六個人體部位采集細(xì)菌：腸道，皮膚，口腔，血液，泌尿生殖道和氣道。令人驚訝的是，該研究小組發(fā)現(xiàn)了證據(jù)支持早期發(fā)現(xiàn)人類相關(guān)細(xì)菌與其基因非常混雜。

“我們體內(nèi)微生物之間的水平交換比你在地球上其他地方發(fā)現(xiàn)的水平高出約30%，”他說。“這意味著我們的身體提供了獨(dú)特的利基，促進(jìn)了微生物層面的創(chuàng)新。”

大約40%的基因交換發(fā)生在生活在同一身體部位的細(xì)菌中。另外60%涉及不同組織中細(xì)菌之間的基因共享，例如腸道內(nèi)和血液中的生物之間。

在所有情況下，基因轉(zhuǎn)移在密切相關(guān)的生物體中最常見，無論它們是否占據(jù)相同或不同的身體組織。事實上，研究人員報告說，不同身體部位生物體之間的基因共享發(fā)生率高于生活在同一地點(diǎn)的遠(yuǎn)緣相關(guān)細(xì)菌的基因共享。

納西爾總結(jié)說：“其中一些可能是在微生物定植于人體之前發(fā)生的非常古老的基因轉(zhuǎn)移事件。” “也可能是某些細(xì)菌在個體生命周期的不同時間點(diǎn)定居在不同的人體部位。其他可能是細(xì)菌DNA從一個位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個位置的結(jié)果，可能是通過血液。我們需要進(jìn)一步的實驗證據(jù)來測試這種誘人的可能性。“