Kehidupan “cinta” rahasia bakteri: penelitian baru menantang mitos evolusi mikroba
Penelitian baru mengungkapkan bahwa bakteri terbentuk jenis dan mempertahankan kohesi melalui sering DNA pertukaran dalam spesies. Proses ini, rekombinasi homolog, memperkuat batas spesies yang berbeda dan memiliki implikasi besar untuk mikrobiologi, kedokteran, dan ilmu lingkungan.
Kostas Konstantinidis membatalkan asumsi ilmiah yang sudah lama terjadi ketika ia menunjukkan bahwa banyak mikroba, seperti tanaman dan hewan, diatur menjadi spesies yang berbeda. Selama beberapa dekade, para ilmuwan percaya bahwa bakteri tidak dapat membentuk spesies karena mekanisme unik pertukaran genetik dan ukuran besar populasi global mereka.
Membangun penemuan inovatif ini, penelitian baru oleh Konstantinidis dan kolaboratornya melangkah lebih jauh. Ini menunjukkan bahwa bakteri tidak hanya membentuk spesies tetapi juga mempertahankan spesies ini secara kohesif melalui proses yang agak “seksual.”
“Pertanyaan berikutnya bagi kami adalah bagaimana mikroba individu dalam spesies yang sama mempertahankan keterpaduannya. Dengan kata lain, bagaimana bakteri tetap serupa? ” Kata Konstantinidis, profesor Richard C. Tucker di Sekolah Teknik Sipil dan Lingkungan Georgia Tech.
Bakteri dan mikroba lainnya dianggap berevolusi terutama melalui fisi biner, yang berarti reproduksi aseksual, sementara juga terlibat dalam pertukaran genetik yang jarang. Menggunakan metode bioinformatik baru untuk mendeteksi transfer gen, bersama dengan beberapa data baru dari seluruh data genom, Konstantinidis dan tim peneliti internasional menguji hipotesis mereka tentang bagaimana spesies muncul dan dipertahankan. Mereka menemukan bahwa bakteri berevolusi dan membentuk spesies yang lebih “secara seksual” daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Penelitian mereka diterbitkan di jurnal Komunikasi Alam.
Menyelidiki kohesi genom pada populasi mikroba
Untuk menyelidiki bagaimana spesies mikroba mempertahankan identitas mereka yang berbeda, tim menganalisis genom lengkap mikroba dari dua populasi alami. Mereka mengumpulkan dan mengurutkan lebih dari 100 galur Salinibacter Ruber (mikroba pencinta garam) dari salterns matahari di Spanyol. Kemudian mereka menganalisis satu set yang diterbitkan sebelumnya Escherichia coli Genom yang diisolasi dari peternakan ternak di Inggris mereka membandingkan genom mikroba yang terkait erat untuk melihat bagaimana gen dipertukarkan.
Mereka menemukan bahwa proses yang disebut “rekombinasi homolog” memainkan peran utama dalam menjaga spesies mikroba bersama. Rekombinasi homolog terjadi ketika mikroba bertukar DNA satu sama lain dan mengintegrasikan DNA baru ke dalam genom mereka dengan mengganti DNA mereka sendiri. Mereka mengamati bahwa rekombinasi sering terjadi dan secara acak di seluruh genom mikroba, dan tidak hanya di beberapa daerah tertentu.
Mekanisme unik kohesi spesies
“Ini mungkin berbeda secara fundamental dari reproduksi seksual pada hewan, tumbuhan, jamur, dan organisme non-bakteri, di mana DNA dipertukarkan selama meiosis, tetapi hasil dalam hal kohesi spesies mungkin serupa,” kata Konstantinidis. “Pertukaran materi genetik yang konstan ini bertindak sebagai kekuatan kohesif, menjaga anggota spesies yang sama serupa.”
Para peneliti juga mengamati bahwa anggota spesies yang sama lebih cenderung bertukar DNA satu sama lain daripada dengan anggota spesies yang berbeda, lebih lanjut berkontribusi pada batas spesies yang berbeda.
“Pekerjaan ini membahas masalah besar yang tahan lama untuk mikrobiologi yang relevan untuk banyak bidang penelitian,” kata Konstantinidis. “Yaitu, bagaimana mendefinisikan spesies dan mekanisme yang mendasari untuk kohesi spesies.”
Penelitian ini memiliki implikasi untuk beberapa bidang, dari ilmu lingkungan dan evolusi hingga kedokteran dan kesehatan masyarakat, dan menawarkan wawasan yang berharga untuk mengidentifikasi, memodelkan, dan mengatur organisme penting secara klinis atau lingkungan. Metodologi yang dikembangkan selama penelitian juga menyediakan toolkit molekuler untuk studi epidemiologis dan mikro-keanekaragaman di masa depan.
Referensi: “Spesies mikroba dan unit intraspesies ada dan dipertahankan oleh kekompakan ekologis yang digabungkan dengan rekombinasi homolog tinggi” oleh Roth E. Conrad, Catherine E. Brink, Tomeu Viver, Luis M. Rodriguez-R, Borja Aldeguer-Rriquelme, Janet K. Hatt, Stephanus N. Venter, Ramon Rossello-Mora, Rudolf Amann dan Konstantinos T. Konstantinidis, 15 November 2024, Komunikasi Alam.
Doi: 10.1038/s41467-024-53787-0
Penelitian ini dimungkinkan oleh kontribusi dari kelompok Ramon Rossello-Mora di Imedea di Majorca, Spanyol, dan Rudolf Amann di Max Planck Institute for Marine Microbiology di Bremen, Jerman, yang memperoleh data dari populasi mikroba alami dan berkontribusi secara setara kepada Analisis dan Interpretasi Data.
Pendanaan: Departemen Energi AS, Yayasan Sains Nasional AS, Dana Pembangunan Regional Eropa
