Die Ergebnisse sind das Ergebnis einer molekularen Data-Mining-Methode, die ursprünglich von Kyung Mo Kim konzipiert wurde. ein leitender Wissenschaftler am Korea Polar Research Institute. Crop Sciences der University of Illinois und Professor Gustavo Caetano-Anollés vom Carl R. Woese Institute for Genomic Biology entwickelten den Ansatz mit seinem ehemaligen Studenten Arshan Nasir, der COMSATS-Universität Islamabad, Pakistan, der derzeit Distinguished Fellow am Los Alamos National Laboratory in New Mexico ist.
Diese rechentechnisch anspruchsvolle Methode ermöglichte es ihnen, Fälle von "horizontalem Gentransfer, " die direkte Übertragung von Genen zwischen Organismen außerhalb der sexuellen oder asexuellen Fortpflanzung.
„Der horizontale Gentransfer ist eine wichtige Kraft für den Austausch genetischer Informationen auf der Erde, " sagte Caetano-Anollés. "Dieser Austausch ermöglicht es Mikroorganismen, sich anzupassen und zu gedeihen, aber sie sind wahrscheinlich auch wichtig für die menschliche Gesundheit. Es gibt einige Bakterien, die außerhalb unseres Körpers nicht leben können und einige, ohne die wir nicht leben können."
„Ein besseres Verständnis dieses Phänomens wird auch einen erheblichen Wert für die öffentliche Gesundheit haben, da das Aufkommen multiresistenter Krankheitserreger als Folge der horizontalen Verbreitung antibiotikaresistenter Gene zu einem globalen Problem geworden ist, “, sagte Nasir.
Für die neue Analyse die Wissenschaftler nutzten genomische Informationen, um Zehntausende von „Stammbäumen“ von Bakterien zu erstellen, die den menschlichen Körper besiedeln. Durch die Versöhnung mit Bäumen mikrobieller Gene konnte das Team herausfinden, welche Gene vererbt wurden und welche das Ergebnis eines horizontalen Gentransfers waren.
"Die meisten aktuellen Methoden zur Bestimmung des horizontalen Gentransfers vergleichen DNA-Merkmale oder statistische Ähnlichkeiten zwischen Genomen, um fremde Gene zu identifizieren. " sagte Nasir. "Das funktioniert ziemlich gut für relativ neue Gentransfers, aber oft versäumt es, Transferereignisse zu identifizieren, die vor Millionen oder Milliarden von Jahren stattgefunden haben."
Der arbeitsintensivere Ansatz ermöglichte es dem Team, diese Barriere zu überwinden, er sagte.
„Wir haben mit dem Menschen assoziierte Mikroorganismen untersucht, da sie als Schlüsselakteure bei der Erhaltung der menschlichen Gesundheit und des Stoffwechsels bekannt sind, ", sagte Nasir. "Wir haben die Gentransferraten und die Richtung berechnet - wer hat was an wen übertragen - für mehr als 1 000 Referenzbakteriengenome, die vom National Institutes of Health Human Microbiome Project entnommen wurden."
Die Bakterien wurden aus sechs menschlichen Körperstellen entnommen:dem Darm, Haut, Mundhöhle, Blut, Urogenitaltrakt und Atemwege.
Die Forscher fanden Beweise, die frühere Erkenntnisse stützen, dass mit dem Menschen assoziierte Bakterien mit ihren Genen ziemlich promiskuitiv sind. Caetano-Anollés sagte.
„Der horizontale Austausch zwischen Mikroben in unserem Körper ist etwa 30 Prozent höher als auf dem Rest des Planeten. " sagte er. "Dies impliziert, dass unser Körper eine einzigartige Nische bietet und Innovationen auf Mikrobenebene ermöglicht."
Ungefähr 40 Prozent des Genaustauschs fanden zwischen Bakterien statt, die an denselben Körperstellen lebten. Die anderen 60 Prozent betrafen die gemeinsame Nutzung von Genen zwischen Bakterien in verschiedenen Geweben. zum Beispiel zwischen Organismen im Darm und im Blut.
Auf alle Fälle, Gentransfer war am häufigsten bei eng verwandten Organismen, unabhängig davon, ob sie das gleiche oder unterschiedliche Körpergewebe besetzten. Eigentlich, berichten die Forscher, Gen-Sharing zwischen Organismen an verschiedenen Körperstellen trat häufiger auf als Gen-Sharing zwischen entfernt verwandten Bakterien, die an denselben Stellen lebten.
„Einige davon könnten sehr alte Gentransfer-Ereignisse sein, die passierten, bevor die Mikroben den menschlichen Körper besiedelten. ", sagte Nasir. "Es könnte auch sein, dass einige Bakterien zu verschiedenen Zeitpunkten in der Lebensspanne eines Individuums verschiedene Stellen des menschlichen Körpers besiedeln. Die anderen könnten das Ergebnis des Transfers bakterieller DNA von einem Ort zum anderen sein, vielleicht durch das Blut. Wir brauchen weitere experimentelle Beweise, um diese verlockende Möglichkeit zu testen."
Die Forscher sagen, dass andere Wissenschaftler das von ihnen entwickelte Werkzeug für diese Arbeit verwenden können. HGBaum, um genauer vorherzusagen, welche Gene "vertikal" vererbt wurden, "durch den Prozess der Reproduktion, und die durch horizontalen Gentransfer von anderen Mikroben aufgenommen wurden. Dies wird zu einem besseren Verständnis der mikrobiellen – und menschlichen – Evolution führen, sagten die Forscher.
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