人體內(nèi)的細(xì)菌以高于自然界常見的速度相互分享基因，其中一些基因似乎正在旅行 – 獨(dú)立于其微生物宿主 – 從身體的一部分到另一部分，研究人員科學(xué)報告期刊上的報道。

該研究結(jié)果是韓國極地研究所高級研究科學(xué)家Kyung Mo Kim最初概念化的分子數(shù)據(jù)挖掘方法的結(jié)果。伊利諾伊大學(xué)農(nóng)作物科學(xué)和Carl R. Woese基因組生物學(xué)研究所教授Gustavo Caetano-Anollés與他的前學(xué)生Arshan Nasir合作開發(fā)了這種方法，該學(xué)生來自巴基斯坦的伊斯蘭堡COMSATS大學(xué)，他目前是新的洛斯阿拉莫斯國家實驗室的杰出研究員。墨西哥。

這種計算上具有挑戰(zhàn)性的方法使他們能夠識別“水平基因轉(zhuǎn)移”的實例，即在有性或無性繁殖之外的生物之間直接轉(zhuǎn)移基因。

“水平基因轉(zhuǎn)移是地球上遺傳信息交換的主要力量，”Caetano-Anollés說。“這些交換使微生物適應(yīng)和繁殖，但它們對人類健康也很重要。有些細(xì)菌不能生活在我們體外，有些細(xì)菌不能生存。”

納西爾說：“更好地了解這一現(xiàn)象也將具有重要的公共衛(wèi)生價值，因為抗生素抗性基因水平傳播導(dǎo)致多重耐藥病原體的出現(xiàn)已成為全球關(guān)注的問題。”

對于新的分析，科學(xué)家利用基因組信息構(gòu)建了成千上萬的人類細(xì)菌“家譜”。通過微生物基因樹的調(diào)和，團(tuán)隊可以弄清楚哪些基因是遺傳的，哪些是水平基因轉(zhuǎn)移的結(jié)果。

“目前大多數(shù)確定水平基因轉(zhuǎn)移的方法都比較了DNA特征或基因組之間的統(tǒng)計相似性，以確定外源基因，”納西爾說。“這對于相對較新的基因轉(zhuǎn)移非常有效，但往往無法確定數(shù)百萬或數(shù)十億年前發(fā)生的轉(zhuǎn)移事件。”

他說，更加勞動密集的方法使團(tuán)隊能夠克服這一障礙。

“我們研究人類相關(guān)的微生物，因為它們被認(rèn)為是維持人類健康和新陳代謝的關(guān)鍵因素，”納西爾說。“我們計算了基因轉(zhuǎn)移率和方向 – 誰轉(zhuǎn)移了誰 – 為美國國立衛(wèi)生研究院人類微生物組項目抽取的1000多種參考細(xì)菌基因組。”

這些細(xì)菌來自六個人體部位：腸道，皮膚，口腔，血液，泌尿生殖道和氣道。Caetano-Anollés說，研究人員發(fā)現(xiàn)了證據(jù)支持早期發(fā)現(xiàn)人類相關(guān)細(xì)菌與其基因非常混雜的證據(jù)。“我們體內(nèi)微生物之間的水平交換比你在地球上其他地方發(fā)現(xiàn)的水平高約30%，”他說。“這意味著我們的身體提供了獨(dú)特的利基，促進(jìn)了微生物層面的創(chuàng)新。”

大約40%的基因交換發(fā)生在生活在同一身體部位的細(xì)菌中。另外60%涉及不同組織中細(xì)菌之間的基因共享，例如腸道內(nèi)和血液中的生物。

在所有情況下，基因轉(zhuǎn)移在密切相關(guān)的生物體中最常見，無論它們是否占據(jù)相同或不同的身體組織。事實上，研究人員報告說，不同身體部位生物體之間的基因共享發(fā)生率高于生活在同一地點的遠(yuǎn)緣相關(guān)細(xì)菌的基因共享。

納西爾說：“其中一些可能是在微生物定植于人體之前發(fā)生的非常古老的基因轉(zhuǎn)移事件。”“也可能是某些細(xì)菌在個體的生命周期中的不同時間點定居在不同的人體部位。其他細(xì)菌可能是細(xì)菌DNA從一個部位轉(zhuǎn)移到另一個部位的結(jié)果，可能是通過血液。我們需要進(jìn)一步的實驗證據(jù)測試這種誘人的可能性。“

研究人員說，其他科學(xué)家可以使用他們?yōu)檫@項工作開發(fā)的工具HGTree，以更準(zhǔn)確地預(yù)測哪些基因通過繁殖過程“垂直”遺傳，并通過水平基因轉(zhuǎn)移從其他微生物中獲取。研究人員表示，這將有助于提高對微生物和人類進(jìn)化的認(rèn)識。