像所有生物一样,细菌必须在一个不断变化的世界中生存。它们面临着不断变化的气候、变化的食物供应以及——可怕的——抗生素。它们是如何适应的?根据一项新研究的结果,仅仅是通过复制其亲属成功的创新。
英国巴斯大学的马丁·勒切尔和他的同事研究了一种良性的大肠杆菌菌株,以了解这种常见的肠道居民是如何为其代谢网络——产生生命必需品(如氨基酸或细胞结构)的内部化学反应系统——拾取新部分的。通过将大肠杆菌与其祖先沙门氏菌进行比较,遗传学家发现前者只有一个新基因可能是通过突变产生的。这意味着,自从这两种生物体大约在1亿年前分化以来,只有一次复制错误导致了显着差异。
但是,这种细菌在其代谢网络中有多达 32 个基因是从近亲那里盗取的,包括那些使其能够抵抗抗生素的基因。该团队揭示,细菌通过使用一种称为水平基因转移的过程来做到这一点,在该过程中,一个细胞将遗传信息传递给另一个非其后代的细胞。这相当于细菌的性行为,两个细胞并排靠近并进行接合,或基因交换,只是它们不必等待后代才能看到好处。勒切尔和他的合作者确定,最有可能被交换的遗传物质与处理新环境或添加新功能有关,而不是影响大肠杆菌的核心过程,例如生长。
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发表在最新一期的《自然遗传学》杂志上,这是首次对细菌代谢网络如何随时间变化进行全面调查。它表明,研究这种进化的科学家不仅必须考虑突变,还必须考虑环境和细菌的亲属如何在改变其能力方面发挥作用,这可能会使其变得有害。“细菌感受到压力,需要对不断变化的世界做出反应,它们通过窃取其他适应性更强的细菌类型的遗传信息来做出反应,”勒切尔说。“细菌和人类一样懒惰:如果别人已经找到了解决您问题的方法,为什么要两次发明轮子呢?”