细菌间频繁交换有益基因

近日，麻省理工大学E. Alm领导的研究组发现，全世界2,235组细菌基因组中的10,000个基因，正以"水平基因转移(HGT)"的方式自由流动。这说明所有细菌在一个由全世界细菌基因组组成的大网络上频繁地交换着遗传物质。这一研究成果发表在10月30号的网络版杂志《自然》上。科学家很早就知道HGT，它是细菌的一种很古老的行为--来自不同支系的细菌通过交换，获得从父母那里得不到的遗传信息。如果交换到的基因能使细菌具备有用的特征，则这一基因受到正选择会传递给它的后代。但到底交换了多少信息，速度有多快？该研究组的工作表明基因随着细菌繁殖以相当大的范围和速度在扩散。有时候这对人类构成威胁，比如获得抗药性基因的细菌（\"超级细菌(superbugs)\"）。他们此次发现了一个抗药性的基因出现在人类共生菌的六成的基因转移中。这种抗药性基因可能是在工业化农业的抗生素滥用中产生的。牲畜共生菌和人类共生菌中有42个相同的抗药性基因，也就是说这两类细菌共享一个基因库，尽管10亿年的进化早该让牛身上的细菌和人身上的细菌分道扬镳。向动物的食物中加入预防疾病的抗生素，可以促进其生长，防止高密度养殖的牲畜和家禽内部的疾病传播。虽然许多欧洲国家已经明令禁止，但在美国还很普遍。根据联邦药物管理局（the Federal Drug Administration）的报告，2009年在美国销售的3.3千万磅抗生素中80%用于农业，里面就包括通常作为人类药物的青霉素，四环素。另外还发现了抗药性基因跨国转移的43个例子。这说明，一旦一个基因携带某个特征进入人类共生菌的基因库，很快它就会传播到国界之外，成为一个严重国际性问题。 Alm的研究组还发现，同一寄主的细菌之间，HGT发生更频繁。具有相同的氧气耐受力或相同的致病性，使它们占据相同的环境生态位，这比亲缘关系相近或地理位置相近更能决定一个转移基因是否能融入新的细菌基因组中。研究组根据这个准则寻找能引起脑膜炎和其他疾病的基因，希望发现转移和编码这些特征的基因，未来药物治疗可能将以此为靶向。美国科罗拉多大学的R. Knight说，"这是一项有趣的工作，完整基因组序列的数据库不断扩大，再配合大量细致的环境特征数据，就可能发现大尺度的进化模式，那时我们就能以前所未有的视角来统观地球上的所有微生物。" 研究组还在继续这项研究，现在正在比对在同一寄主身上不同细菌间，和相同疾病、不同寄主的细菌间的交换速度有什么差异。他们也考察环境污染地区细菌的基因交换，期待那里有能消化重金属的细菌。（来源：化石网）