Ako se još uvek sećate da je „Dragi kralj Filip došao po dobre špagete“, verovatno ćete se setiti i odgovarajućih taksonomskih rangova biologije: domen, kraljevstvo, tip, klasa, red, porodica, rod i vrsta. Domeni uključuju prokariote, jednoćelijske organizme kao što su bakterije i arheje, i eukariote, koji uključuju gljive, biljke i životinje.
Eukarioti prolaze kroz evoluciju kada se mutacije prenose sa roditelja na potomstvo, poznato kao vertikalni transfer gena. Za prokariote, evolucija se može odvijati kroz horizontalni transfer gena (skraćeno HGT), gde se genetske informacije direktno dele između bakterija. Ovaj proces omogućava pojedinačnim organizmima, pa čak i čitavim vrstama, da brzo steknu nove gene, uključujući potencijalno opasne poput onih koji daju otpornost na antibiotike.
Na Univerzitetu Delaver, u laboratoriji Eleftheriosa „Terrija“ Papoutsakisa, profesora Unidel Eugene du Pont na Katedri za hemijsko i biomolekularno inženjerstvo Fakulteta inženjerskih nauka, Odeljenju za biološke nauke i Institutu za biotehnologiju Delavera, istraživači su nedavno otkrili novu mehanizam kojim se HGT može javiti u bakterijama.
Nalazi u ovoj studiji, predvođeni alumnusom doktorskih studija Kamilom Čarubinom i doktorskim kandidatom Džonom Hilom, proširuju trenutno razumevanje evolucije i strategija preživljavanja za složene mikrobiome, sa implikacijama za polja u rasponu od ekologije do biotehnologije i medicine. Studija je objavljena u mBio.
Istraživanje za najnoviji rad grupe počelo je nakon što je Čarubin primetio da dve vrste bakterija (Clostridium acetobutilicum i C. ljungdahlii) razmenjuju hranljive materije, metabolite i ćelijski materijal velikom brzinom kada su bile u neposrednoj blizini jedna drugoj. Otkrili su da ćelije koriste mehanizam koji se zove heterologna ćelijska fuzija za prenos materijala i želeli su da vide da li i bakterije mogu da prenesu genetske informacije putem ovog mehanizma.
„Ovo nije bilo samo nekoliko proteina, već je zapravo obuhvatalo većinu materijala u citoplazmi“, rekao je Hill. „Ovi nalazi su nas podstakli da utvrdimo da li se genetski materijal, uključujući plazmide, takođe može razmeniti ili ne.“
Da bi video da li se transfer gena dešava i kada su bakterijske ćelije bile u bliskom kontaktu, Hil je prilagodio laboratorijske tehnike grupe kako bi mogli da prate kretanje genoma bakterije i plazmida (kružni delovi DNK koje koriste bakterije koje su odvojene od njihovog genoma) . Istraživači su takođe koristili tehnike selektivnog subkulturiranja, izolujući ćelije C. acetobutilicum nakon što su preuzele plazmide iz C. ljungdahlii, a zatim su potvrdili transfer gena koristeći podatke sekvenciranja PacBio Single-Molecule Real Time (SMRT).
Rezultati ovog istraživanja pokazuju da dve vrste Clostridium zaista mogu da dele genetske informacije putem heterologne ćelijske fuzije, mehanizma za HGT „koji ranije nije razmatran ili primećen“, rekao je Papoutsakis. „Kroz heterolognu ćelijsku fuziju, otkrili smo da postoji razmena DNK između mikroba i da nastale hibridne ćelije sadrže velike količine genomske DNK iz oba organizma.“
Istraživači su rekli da najnoviji rad grupe pruža nove uvide u procese i pokretače evolucije bakterija.
„Znamo da je život mikroba evoluirao u prirodnim zajednicama, i ako postoji veliki broj interakcija među vrstama, uključujući razmenu gena, to bi otkrilo još jedan aspekt mikrobne evolucije“, rekao je Hil. „Ovi rezultati bi mogli da impliciraju da se mikrobi ne razvijaju nezavisno jedan od drugog, već da postoji mnoštvo evolucionih putanja unutar lokalnog okruženja koje su motivisane raznim spoljnim pritiscima, uključujući HGT.“
Papoutsakis je dodao da bi ova studija mogla imati implikacije i na drugim poljima, posebno ako je to još jedan način na koji bakterije mogu preneti osobine kao što je otpornost na antibiotike jedna drugoj.
„Postoji mnogo više složenosti i interakcije između mikroba u prirodnim mikrobiomima, kao što su oni u životnoj sredini ili ljudskim crevima, na primer“, rekao je Papoutsakis. „Ovakav mehanizam za HGT zaista može imati važne fiziološke i medicinske implikacije.“
