细菌的秘密“性生活”：研究挑战了关于物种如何形成的旧观念

当Kostas Konstantinidis证明许多细菌（如植物和动物）都是有组织的物种时，他颠覆了长期以来的科学信念。科学家们普遍认为，由于细菌独特的遗传交换机制和其全球种群的庞大规模，细菌没有也不可能形成不同的物种

Konstantinidis及其合作者的新研究进一步挑战了这一概念，表明细菌不仅形成物种，而且通过某种程度上的“性”过程保持有凝聚力的物种。“对我们来说，下一个问题是同一物种中的单个微生物是如何保持其凝聚力的。换句话说，细菌是如何保持相似性的？”佐治亚理工学院土木与环境工程学院的Richard C.Tucker教授Konstantiniis说。Konstantinidis和一个国际研究小组使用一种新的生物信息学方法来检测基因转移，并结合新的全基因组数据，测试了他们关于物种如何出现和维持的假设。他们发现，细菌的进化和形成比以前认为的更“性”的物种

他们的研究发表在《自然通讯》杂志上

为了研究微生物物种如何保持其独特的身份，该团队分析了来自两个自然种群的微生物的完整基因组。他们从西班牙的日光盐田中收集并测序了100多种嗜盐微生物Salinibacter ruber。然后，他们分析了一组先前发表的从英国畜牧场分离的大肠杆菌基因组。他们比较了密切相关的微生物的基因组，以了解基因是如何交换的

他们发现，一种称为“同源重组”的过程在将微生物物种保持在一起方面起着重要作用。同源重组发生在微生物之间交换DNA，并通过替换自己的相似DNA将新的DNA整合到它们的基因组中。他们观察到，重组在整个微生物基因组中频繁且随机发生，而不仅仅是在少数特定区域

Konstantinidis说：“这可能与动物、植物、真菌和非细菌生物的有性生殖有根本不同，在减数分裂过程中DNA会发生交换，但物种凝聚力的结果可能相似。”。“这种持续的遗传物质交换起到了凝聚力的作用，使同一物种的成员保持相似。”

研究人员还观察到，与不同物种的成员相比，同一物种成员更有可能相互交换DNA，从而进一步形成了不同的物种边界

Konstantinidis说：“这项工作解决了微生物学中一个与许多研究领域相关的长期重大问题。”。“也就是说，如何定义物种和物种凝聚力的潜在机制。”

这项研究对从环境科学和进化到医学和公共卫生的多个领域都有影响，并为识别、建模和调节临床或环境重要生物提供了宝贵的见解。研究期间开发的方法也为未来的流行病学和微多样性研究提供了分子工具包 More information: Roth E. Conrad et al, Microbial species and intraspecies units exist and are maintained by ecological cohesiveness coupled to high homologous recombination, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53787-0

Journal information: Nature Communications