Бактерии в человеческом теле обмениваются генами друг с другом с большей скоростью, чем это обычно наблюдается в природе, и некоторые из этих генов, по-видимому, путешествуют - независимо от микробов-хозяев - из одной части тела в другую. другой, сообщают исследователи в журнале Scientific Reports.
Выводы являются результатом молекулярного прямого переноса генов между организмами вне полового или бесполого размножения.
«Горизонтальный перенос генов является основной движущей силой обмена генетической информацией на Земле», - сказал Каэтано-Аноллес.«Эти обмены позволяют микроорганизмам адаптироваться и процветать, но, вероятно, они также важны для здоровья человека. Есть некоторые бактерии, которые не могут жить вне нашего тела, и некоторые, без которых мы не можем жить».
«Лучшее понимание этого явления также будет иметь большое значение для общественного здравоохранения, поскольку появление патогенов с множественной лекарственной устойчивостью в результате горизонтального распространения генов, устойчивых к антибиотикам, стало глобальной проблемой», - сказал Насир.
Для нового анализа ученые использовали геномную информацию для построения десятков тысяч «генеалогических деревьев» бактерий, колонизирующих человеческий организм. Сопоставление их с деревьями микробных генов позволило команде выяснить, какие гены были унаследованы, а какие - результатом горизонтального переноса генов.
«Большинство современных методов определения горизонтального переноса генов сравнивают характеристики ДНК или статистическое сходство между геномами для выявления чужеродных генов», - сказал Насир.«Это довольно хорошо работает для относительно недавних переносов генов, но часто не может идентифицировать события переноса, которые произошли миллионы или миллиарды лет назад».
Более трудоемкий подход позволил команде преодолеть этот барьер, сказал он.
«Мы изучали микроорганизмы, связанные с человеком, поскольку известно, что они играют ключевую роль в поддержании здоровья человека и обмене веществ», - сказал Насир. «Мы рассчитали скорость и направление переноса генов - кто что кому передал - для более чем 1000 эталонных бактериальных геномов, отобранных Национальным институтом здравоохранения по проекту микробиома человека».
Бактерии были взяты из шести участков тела человека: кишечника, кожи, ротовой полости, крови, мочеполового тракта и дыхательных путей.
Исследователи нашли доказательства, подтверждающие более ранние выводы о том, что бактерии, связанные с человеком, довольно неразборчивы в своих генах, сказал Каэтано-Аноллес.
«Горизонтальный обмен между микробами в наших телах примерно на 30 процентов выше, чем на остальной части планеты», - сказал он. «Это означает, что наши тела обеспечивают уникальную нишу и способствуют инновациям на уровне микробов».
Около 40 процентов случаев обмена генами происходит среди бактерий, живущих в одних и тех же участках тела. Остальные 60% связаны с общим геномом бактерий в разных тканях, например, между организмами в кишечнике и в крови.
Во всех случаях перенос генов был наиболее распространен среди близкородственных организмов, независимо от того, занимали ли они одни и те же или разные ткани тела. На самом деле, исследователи сообщают, что обмен генами между организмами в разных участках тела происходит с большей скоростью, чем обмен генами между отдаленно родственными бактериями, живущими в одних и тех же местах.
«Некоторые из них могут быть очень старыми событиями переноса генов, которые произошли до того, как микробы колонизировали человеческое тело», - сказал Насир. «Возможно также, что некоторые бактерии колонизируют разные участки человеческого тела в разные моменты жизни человека. Другие могут быть результатом переноса бактериальной ДНК из одного участка в другой, возможно, через кровь. Нам нужны дополнительные экспериментальные доказательства, чтобы проверить эту заманчивую возможность».
Исследователи говорят, что другие ученые могут использовать инструмент, разработанный ими для этой работы, HGTree, чтобы более точно предсказать, какие гены были унаследованы «вертикально» в процессе репродукции, а какие были получены от других микробов через горизонтальный. перенос ген. По словам исследователей, это приведет к лучшему пониманию микробной и человеческой эволюции.