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研究表明抗生素抗性基因通过遗传资本主义在大肠杆菌中持续存在

一段时间以来,我们已经知道,抗生素的过度使用会通过迅速传播抗生素抗性基因而引起细菌中抗生素抗性的惊人增加。这可能不仅是这些基因的传播,而且是进化方式推动微生物中基因含量经济的方式的根本变化。

通常,根据进化论,人口中普遍存在的基因是通过自然选择来选择的,带有特定基因的生物的存活是通过经济的,无意义的成本效益分析来确定的。但是,现在看来,过度的人为干预正在使细菌变成贪婪的gene积基因的“遗传资本家”,从而推动了更加出乎意料的进化过程。

一项新的研究,发表在该杂志的最新一期分支系统学,分析涉及29255个菌株的基因组细菌大规模基因数据集大肠埃希氏菌(大肠杆菌1884年和2018年间收集的)审查的409个不同的基因,使进化各种菌株可以抵抗各种抗生素。研究人员研究了赋予抗生素抗性的基因一旦获得,是否倾向于在细菌谱系中大量持续存在(一种称为“遗传资本主义”的现象),或者一旦不再需要生存就可以通过正常的进化过程消失。被称为“稳定选择”。

在正常的,不受干扰的世界中,进化过程会纠正细菌基因组的变化,以解决“成本”问题。通过添加一个额外的基因,通过增加细菌的过程而增加了额外的成本,自然选择可以在变化与更大或更长期的生存参数(例如更快的生长和更多的繁殖)之间取得平衡,并且从理论上讲“稳定选择”过程应该通过有利于消除不必要花费成本的基因来主导市场。

帮助细菌抵抗抗生素化合物(其他微生物释放的抗生素,现已在人类医学和农业中应用的抗生素)的各种各样的基因可能已经存在了十亿多年了,但是对于细菌的生存从未如此重要。广泛存在于细菌基因组中。根据进化理论,人们期望这些基因像细菌工具箱中携带的庞大,高维护性的工具一样,在不再需要它们时会趋于消失。

研究发现,“稳定选择”不再是抗生素抗性基因的进化规律。

北卡罗来纳大学夏洛特分校生物信息学和基因组学教授卡罗尔·格罗特尼斯·贝尔克和该研究的通讯作者丹尼尔·詹尼斯说:“细菌正承受着来自其他微生物的持续竞争压力,它们正在争夺资源和空间,或防御攻击。” 。“大肠杆菌的能量预算非常紧张-据说即使向基因添加额外的碱基也会使细菌谱系不适合。

他说:“在缺乏抗生素选择性作用力的情况下,细菌谱系将进化失去赋予抗生素抗性的基因-不需要的任何东西。这是稳定的选择-细菌谱系应通过选择性作用力恢复为野生型或被淘汰。”说过。

然而,相反,在过去134年的大肠杆菌进化史中,该研究发现,保留赋予抗生素抗药性的基因变化比通过长期选择而丧失它们更可能发生。

詹妮斯说:“我们检查的大多数基因在细菌谱系中都有收获,但很少有损失。”“想象一下如何携带所有这些基因(有时多达30个)如何影响细菌的进化适应性。”

尽管增加细菌耐药性并不是什么新发现,但詹妮斯指出,这种现象的发生范围表明,大规模的人为干扰正在导致大量基因ho积的出现,这些基因赋予了抗生素抗性,这在正常的进化压力下是不可能发生的。

詹妮斯说:“自从抗生素工业化以来,我们已经看到,使大肠杆菌蓬勃发展或生存下来的成本需要一种或多种-或多达三十种以上的抗生素抗性基因,”“我们通过抗生素工业化所施加的力量非常强大。”

但是,研究还表明,并非所有赋予大肠杆菌抗药性的基因都受到新的进化压力的相同程度的影响。这项研究追踪了基因赋予抗药性的五种不同方式,并测量了这些广泛的抗生素类别之间的差异,即它们是否从稳定选择推向遗传资本主义。

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