Slika 1. Pogostost transformacije v odvisnosti od genomske sorodnosti med sevi. a) Reprezentativne slike interakcij: interakcije med kloni (zelena), interakcije med bližnjimi sorodniki (modra) in manj sorodnimi sevi (rdeča) (ANI je povprečna identiteta nukleotidov) b) Frekvenca transformacije, merjena s frekvenco dvojnih mutant, izoliranih na mejni liniji. Podatki so predstavljeni kot povprečne vrednosti +/- SD (n = 3) * predstavljajo statistično signifikantne razlike, PS-številka označuje ime seva B. subtilis.
Raziskava prenosov genov v luči socialnih interakcij bakterij je del doktorske naloge Katarine Belcijan, študentke podiplomskega študija Bioznanosti, ki si deli prvo avtorstvo. Pri raziskavi so sodelovala še dr. Barbara Kraigher, tudi s Katedre za mikrobiologijo na Oddelku za živilstvo, prof. dr. Rok Kostanjšek s Katedra za zoologijo, Oddelek za biologijo, oba Biotehniška fakulteta Univerze v Ljubljani, sodelavci z Univerze v Kopenhagnu, Univerze v Pensillvaniji in Univerze Exeter v Veliki Britaniji.
Za ljudi in živali je značilno spolno razmnoževanje in mešanje moškega in ženskega zapisa genov v novem bitju. Bakterije se razmnožujejo z binarno celično delitvijo, genetski material pa lahko oplemenitijo s sprejemom genov iz okolja s horizontalnim prenosom genov (HGT).
Mikrobiologe že dolgo buri neverjetna raznolikost genomov znotraj ene bakterijske vrste (tudi pri B. subtilis) vendar je vpliv medceličnih interakcij na horizontalni prenosov genov slabo poznan.
Ena ključnih ugotovitev raziskave je, da je horizontalni prenos genov povišan med manj sorodnimi sevi, kar lahko pospeši evolucijo genomov v smeri povečane raznolikosti (prikazano na sliki zgoraj).
Doslej je veljalo, da je prenos DNA pri bakterijah višji med bližnjimi sorodniki ene vrste, a tovrstne raziskave, za razliko od pričujoče, niso vključevale vpliva bakterijskih interakcij (npr. antagonizma) na horizontalni prenos genov. Bakterije B. subtilis preko kompleksnega mehanizma prepoznajo predstavnike iste vrste kot manj sorodne, jih napadejo in privzamejo ter vgradijo njihovo DNA. Izmenjava DNA poteka tudi med visokosorodnimi sevi, ki ne kažejo antagonizma, vendar je ta nižja v primerjavi z izmenjavo DNA med manj sorodnimi sevi iste vrste. To spominja na izogibanje parjenju med sorodnimi osebki, ki je značilno za ljudi in živali (inbreeding avoidance). Raziskava tudi pokaže, da se v napadenih bakterijah sproži stresni odziv, ki v bakterijah napadalkah sproži povišano izražanje genov za privzem DNA.
Prof. dr. Ines Mandič Mulec je še poudarila: »Ta raziskava razkrije, da je potrebno upoštevati tudi mikrobno socialnost kot gonilo prenosa genov in posledično evolucije vrste. Poleg tega raziskava prva pokaže, da se manj sorodni sevi B. subtilis pogosto pobijajo, kar je pomembno upoštevati pri pripravi večsevnih inokulantov v proizvodnji biognojil in probiotikov ter raziskavi prida tudi aplikativen pomen.«
Doc. dr. Polonca Štefanič je ugotovitve predstavila tudi v blogu na strani revije Nature, na povezavi, ki ga je zaključila z besedami: »DNK se najbolj učinkovito izmenjuje pri tistih, ki se med seboj borijo, pa naj gre za ljudi ali bakterije.«
Celoten članak ŠTEFANIČ, Polonca, BELCIJAN, Katarina, KRAIGHER, Barbara, KOSTANJŠEK, Rok, NESME, Joseph, MADSEN, Jonas, KOVAČ, Jasna, SØRENSEN, Søren Johannes, VOS, Michiel, MANDIĆ-MULEC, Ines. Kin discrimination promotes horizontal gene transfer between unrelated strains in Bacillus subtilis. Nature communications. 2021, vol. 12, str. 1-11, ilustr. ISSN 2041-1723. https://www.nature.com/articles/s41467-021-23685-w, DOI: 10.1038/s41467-021-23685-w. [COBISS.SI-ID 62369539], [JCR, SNIP] je dostopna na povezavi