زندگی‌های پنهان جنسی باکتری‌ها: تحقیقات جدید حقایق شوکه‌کننده‌ای درباره تکامل را فاش می‌کند
در یک مطالعه پیشگامانه، پژوهشگر کوستاس کنستانتینیدیس درک ما از زندگی میکروبی را تغییر داده و اعتقاد دیرینه‌ای را به چالش کشیده که باکتری‌ها گونه‌های متمایز تشکیل نمی‌دهند.
سال‌ها دانشمندان بر این باور بودند که مکانیسم‌های تبادل ژنتیکی خاص موجود در باکتری‌ها و جمعیت‌های وسیع آنها مانع از تشکیل گونه‌های همگن می‌شود.
اما یافته‌های جدید از کنستانتینیدیس و تیمش خلاف آن را بیان می‌کنند و نشان می‌دهند که باکتری‌ها نه تنها گونه تشکیل می‌دهند بلکه با مکانیسم‌هایی شبیه به تولید مثل «جنسی»، انسجام درون این گونه‌ها را حفظ می‌کنند.
زندگی‌های پنهان جنسی باکتری‌ها
کنستانتینیدیس، استاد دانشگاه جورجیا تک، کنجکاوی‌ای را عنوان کرد که باعث این تحقیقات شد: «چگونه میکروب‌های یک گونه واحد شباهت خود را حفظ می‌کنند؟ چه چیزی آنها را انسجام می‌بخشد؟»
به صورت سنتی، فرض بر این بوده که تکامل میکروبی عمدتاً از طریق تولید مثل غیر جنسی صورت می‌گیرد، به ویژه از طریق تقسیم دوتایی با تبادل ژنتیکی پراکنده.
با این حال، با استفاده از رویکرد جدید بیوانفورماتیک، کنستانتینیدیس و تیمی بین‌المللی شروع به بازگشایی لایه‌های ژنتیکی باکتری‌ها کرده‌اند.
تحقیقات آنها که اخیر در مجله Nature Communications منتشر شده، نشان می‌دهد که باکتری‌ها در تبادل ژنتیکی بیش از آنچه قبلاً انتظار می‌رفت، دخیل هستند.
برای بررسی این پدیده، پژوهشگران ژنوم‌های کاملی از دو جمعیت طبیعی متفاوت از میکروب‌ها بررسی کردند.
آنها بیش از 100 سویه Salinibacter ruber را که از حوضچه‌های نمک خورشیدی در اسپانیا به دست آمده بود، توالی‌یابی کردند. آنها ژنوم‌های منتشر شده قبلی Escherichia coli را نیز بررسی کردند که از مزارع دام در بریتانیا جدا شده بودند.
این تحلیل تطبیقی هدف داشت به روشن کردن چگونگی تبادل مواد ژنتیکی میکروب‌های هم خویشاوند بپردازد.
یافته‌ها روشن کننده بودند. تیم فرایند ژنتیکی معروف به «تبادل همولوگ» را به عنوان یک مکانیسم کلیدی برای حفظ هویت گونه‌های میکروبی شناسایی کرد.
حقایق شوکه‌کننده درباره تکامل
میکروب‌ها می‌توانند در طی این فرآیند DNA را مبادله کرده و مواد ژنتیکی جدیدی را در ژنوم‌های خود ادغام کنند و به طور مؤثر توالی‌های مشابه را جایگزین کنند.
این مکانیسم به صورت سیستماتیک و تصادفی در سراسر ژنوم میکروبی رخ می‌دهد و نه به مناطق خاص محدود می‌شود.
«این ممکن است به طور بنیادی از تولید مثل جنسی در حیوانات و گیاهان، که تبادل DNA در طول گامت‌زایی صورت می‌گیرد، متفاوت باشد»، کنستانتینیدیس توضیح داد.
«اما نتیجه در مقیاس انسجام گونه‌ها می‌تواند به طرز قابل توجهی مشابه باشد. این تبادل مداوم مواد ژنتیکی به عنوان نیروی وحدت‌بخش عمل می‌کند و اطمینان می‌دهد که اعضای یک گونه همچنان مشابه باقی بمانند.»
علاوه بر این، تحقیقات نشان داد که اعضای یک گونه ترجیحاً DNA را با یکدیگر مبادله می‌کنند نه با اعضای گونه‌های مختلف، که مرزهای مشخصی بین گونه‌ها را تقویت می‌کند.
این کشف از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا یک معمای دیرینه در میکروب‌شناسی را حل می‌کند: چگونه گونه‌ها را تعریف کنیم و مکانیسم‌های انسجام آنها را درک کنیم.
پیامدهای این مطالعه فراتر از میکروب‌شناسی نظری است. می‌تواند بر حوزه‌های مختلف، از جمله علوم محیط‌زیستی، تکامل، پزشکی و بهداشت عمومی تأثیر بگذارد.
به‌عنوان محققان تلاش می‌کنند که ارگانیسم‌های بالینی یا محیط‌زیستی مهم را شناسایی، مدل‌سازی و تنظیم کنند، روش‌شناسی‌هایی که در این تحقیقات توسعه یافته، یک ابزار مولکولی قوی برای تحقیقات آینده در زمینه اپیدمیولوژی و تنوع میکروبی ارائه می‌دهد.
همان‌طور که کنستانتینیدیس بیان کرد، «این کار به یک مشکل عمدی و بلند مدت در میکروب‌شناسی می‌پردازد که در زمینه‌های تحقیقاتی مختلف مربوط است.»
یافته‌ها درک ما از گونه‌های باکتریایی را بازتعریف کرده و راه را برای استراتژی‌های نوآورانه جهت رسیدگی به چالش‌ها در همه حوزه‌های علمی هموار می‌کنند.
