Όταν γεννηθήκατε, κληρονόμησα τα μισά γονίδια σας από τη μητέρα σας και το μισό από τον πατέρα σας. Αυτό είναι το δικό σου. Αυτά τα κληρονομικά κομμάτια του DNA θα παραμείνουν μαζί σας για όλη σας τη ζωή, χωρίς περαιτέρω προσθήκες ή παραλείψεις. Δεν μπορείτε να έχετε κανένα από τα γονίδια μου και δεν μπορώ να αποκτήσω κανένα από τα δικά σας.
σχετικό περιεχόμενο
- Είστε αυτό που τρώτε και τι τρώτε είναι εκατομμύρια μικροβίων
- Οι δραματικοί δράκοι Komodo μοιράζονται το μικροβιοκτόνο τους με το περιβάλλον τους, ακριβώς όπως εμείς
Φανταστείτε όμως έναν διαφορετικό κόσμο όπου οι φίλοι και οι συνεργάτες μπορούν να ανταλλάξουν γονίδια κατά βούληση. Εάν το αφεντικό σας έχει ένα γονίδιο που την κάνει ανθεκτική σε διάφορους ιούς, μπορείτε να το δανειστείτε. Εάν το παιδί σας έχει γονίδιο που τον θέτει σε κίνδυνο νόσου, μπορείτε να το ανταλλάξετε για την υγιέστερη εκδοχή σας. Εάν οι απομακρυσμένοι συγγενείς έχουν ένα γονίδιο που τους επιτρέπει να αφομοιώνουν καλύτερα ορισμένα τρόφιμα, είναι δικό σας. Σε αυτό τον κόσμο, τα γονίδια δεν είναι απλώς κειμήλια που μεταφέρονται κάθετα από τη μια γενιά στην άλλη, αλλά τα εμπορεύματα πρέπει να διαπραγματεύονται οριζόντια, από το ένα άτομο στο άλλο.
Αυτός είναι ακριβώς ο κόσμος που ζουν τα βακτηρίδια. Μπορούν να ανταλλάξουν το DNA τόσο εύκολα όσο θα μπορούσαμε να ανταλλάξουμε τηλεφωνικούς αριθμούς, χρήματα ή ιδέες. Μερικές φορές, φτάνουν μέχρι το ένα το άλλο, δημιουργούν μια φυσική ζεύξη και μεταφέρουν τα κομμάτια DNA στο: ισοδύναμο φύλου τους. Μπορούν επίσης να ξεδιψάσουν τα απορριπτόμενα κομμάτια του DNA στο περιβάλλον τους, τα οποία αφήνονται από τους νεκρούς και τους φτωχούς γείτονές τους. Μπορούν ακόμη και να βασίζονται σε ιούς για να μεταφέρουν γονίδια από ένα κύτταρο σε άλλο. Το DNA ρέει τόσο ελεύθερα μεταξύ τους ότι το γονιδίωμα ενός τυπικού βακτηριδίου μαρμάρεται με γονίδια που έφθασαν από τους συνομηλίκους του. Ακόμη στενά συγγενικά στελέχη μπορεί να έχουν σημαντικές γενετικές διαφορές.
Τα βακτηρίδια πραγματοποιούν αυτές τις οριζόντιες μεταφορές γονιδίων, ή HGT για συντομία, για δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά δεν ήταν μέχρι τη δεκαετία του 1920 ότι οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν για πρώτη φορά τι συνέβαινε. Παρατήρησαν ότι τα αβλαβή στελέχη του Pneumococcus θα μπορούσαν να ξεκινήσουν ξαφνικά να προκαλέσουν ασθένεια μετά την ανάμειξη με τους νεκρούς και τους πολτούς των μολυσματικών στελεχών. Κάτι στα αποσπάσματα τους είχε αλλάξει. Το 1943, ένας «ήσυχος επαναστάτης» και μικροβιολόγος που ονομάστηκε Oswald Avery έδειξε ότι αυτό το μετασχηματιστικό υλικό ήταν DNA, το οποίο τα μη λοιμώδη στελέχη είχαν απορροφηθεί και ενσωματωθεί στα δικά τους γονιδιώματα. Τέσσερα χρόνια αργότερα, ένας νέος γενετιστής που ονομάζεται Joshua Lederberg (ο οποίος αργότερα θα γνωστοποίησε τη λέξη "microbiome") έδειξε ότι τα βακτήρια μπορούν να εμπορεύονται το DNA πιο άμεσα.
Περιέχει πολλά πλήθη: τα μικρόβια μέσα μας και μια γενική άποψη της ζωής
ΑγοράΕξήντα χρόνια μετά, γνωρίζουμε ότι το HGT είναι μία από τις πιο βαθιές πτυχές της βακτηριακής ζωής. Επιτρέπει στα βακτηρίδια να εξελίσσονται με φουσκωτές ταχύτητες. Όταν αντιμετωπίζουν νέες προκλήσεις, δεν χρειάζεται να περιμένουν τις σωστές μεταλλάξεις να συγκεντρωθούν αργά μέσα στο υπάρχον DNA τους. Μπορούν απλώς να δανείζονται χονδρικές προσαρμογές, συλλέγοντας γονίδια από παρευρισκόμενους που έχουν ήδη προσαρμοστεί στις προκλήσεις. Αυτά τα γονίδια περιλαμβάνουν συχνά τραπεζαρίες για την καταστροφή αναξιοποίητων πηγών ενέργειας, ασπίδες που προστατεύουν από αντιβιοτικά ή οπλοστάσια για τη μόλυνση νέων ξενιστών. Εάν ένα καινοτόμο βακτήριο εξελίξει ένα από αυτά τα γενετικά εργαλεία, οι γείτονές του μπορούν γρήγορα να αποκτήσουν τα ίδια χαρακτηριστικά. Αυτή η διαδικασία μπορεί άμεσα να αλλάξει τα μικρόβια από τους ακίνδυνους κατοίκους του εντέρου σε ασθένειες που προκαλούν τέρατα, από ειρηνικούς Jekylls σε απειλητικό Hydes.
Μπορούν επίσης να μετατρέψουν ευπαθείς παθογόνους οργανισμούς που είναι εύκολο να σκοτωθούν σε εφιαλτικά "superbugs" που εξουδετερώνουν ακόμα και τα πιο ισχυρά φάρμακα. Η εξάπλωση αυτών των ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων είναι αναμφισβήτητα μία από τις μεγαλύτερες απειλές για την υγεία του 21ου αιώνα και αποτελεί απόδειξη της αχαλίνωτης δύναμης του HGT.
Τα ζώα δεν είναι τόσο γρήγορα. Προσαρμόζουμε στις νέες προκλήσεις με τον συνήθη αργό και σταθερό τρόπο. Τα άτομα με μεταλλάξεις που τους αφήνουν καλύτερα προσαρμοσμένα στις προκλήσεις της ζωής είναι πιο πιθανό να επιβιώσουν και να μεταδώσουν τα γενετικά τους δώρα στην επόμενη γενιά. Με την πάροδο του χρόνου, οι χρήσιμες μεταλλάξεις γίνονται πιο συνηθισμένες, ενώ οι επιβλαβείς αυτές εξασθενούν. Αυτή είναι η κλασική φυσική επιλογή - μια αργή και σταθερή διαδικασία που επηρεάζει τους πληθυσμούς, όχι τα άτομα. Τα γεράκια Hornets και οι άνθρωποι θα μπορούσαν να συσσωρεύουν σταδιακά ευεργετικές μεταλλάξεις, αλλά ο συγκεκριμένος ορνιθών, ή αυτό το συγκεκριμένο γεράκι, ή αυτοί οι συγκεκριμένοι άνθρωποι δεν μπορούν να πάρουν ευεργετικά γονίδια για τον εαυτό τους.
Εκτός από μερικές φορές, μπορούν. Θα μπορούσαν να ανταλλάξουν τα συμβιωτικά μικρόβια, αποκτώντας αμέσως μια νέα συσκευασία μικροβιακών γονιδίων. Μπορούν να φέρουν νέα βακτήρια σε επαφή με εκείνα στο σώμα τους, έτσι ώστε τα ξένα γονίδια να μεταναστεύσουν στο μικροβιοκτόνο τους, προσβάλλοντας τα εγγενή μικρόβια τους με νέες ικανότητες. Σε σπάνιες αλλά δραματικές περιπτώσεις, μπορούν να ενσωματώσουν μικροβιακά γονίδια στα γονιδιώματα τους.
Εξαίρετοι δημοσιογράφοι μερικές φορές επιθυμούν να ισχυριστούν ότι το HGT αμφισβητεί την άποψη του Darwin για την εξέλιξη, επιτρέποντας στους οργανισμούς να ξεφύγουν από την τυραννία της κάθετης κληρονομιάς. ("Ο Δαρβίνος ήταν λάθος", διακήρυξε έναν κακόφημο κάλυψη της New Scientist λανθασμένα.) Αυτό δεν είναι αλήθεια. Το HGT προσθέτει νέα παραλλαγή στο γονιδίωμα ενός ζώου, αλλά μόλις αυτά τα γονίδια πηδούν φθάσουν στα νέα σπίτια τους, εξακολουθούν να υπόκεινται σε καλή φυσική επιλογή.
Οι αποτρόπαιοι πεθαίνουν μαζί με τους νέους οικοδεσπότες τους, ενώ οι ωφέλιμοι αυτοί μεταφέρονται στην επόμενη γενιά. Αυτό είναι τόσο κλασικό δαρβινικό όσο παίρνει - βανίλια στη γεύση του και εξαιρετικό μόνο στην ταχύτητά του. Συνεργάζοντας με τα μικρόβια, μπορούμε να επιταχύνουμε το αργό, σκόπιμο adagio της εξελικτικής μας μουσικής στο ζωηρό, ζωντανό allegro τους.
**********
Κατά μήκος των ακτών της Ιαπωνίας, ένα κοκκινωπό-καφέ φύκια προσκολλάται στα παλιρροιακά πετρώματα. Αυτή είναι η πορφυρά, γνωστή ως νορί, και έχει γεμίσει ιαπωνικά στομάχια για πάνω από 1.300 χρόνια. Αρχικά, οι άνθρωποι το έβαλαν σε βρώσιμο πάστα. Αργότερα, το συμπλήρωσαν σε σεντόνια, τα οποία τυλίγονταν γύρω από το σούσι. Αυτή η πρακτική συνεχίζεται σήμερα και η δημοτικότητα του nori έχει εξαπλωθεί σε όλο τον κόσμο. Παρόλα αυτά, έχει ιδιαίτερη σχέση με την Ιαπωνία. Η μακρά κληρονομιά της χώρας για κατανάλωση νορί έχει αφήσει τους ανθρώπους της ιδιαίτερα καλά εξοπλισμένους για να χωνέψουν το λαχανικό της θάλασσας. Δεν έχουμε ένζυμα που μπορούν να σπάσουν τα φύκια και ούτε τα περισσότερα βακτήρια στα έντερα μας.
Αλλά η θάλασσα είναι γεμάτη από καλύτερα εξοπλισμένα μικρόβια. Ένα από αυτά, ένα βακτήριο που ονομάζεται Zobellia galactanivorans, ανακαλύφθηκε μόλις πριν από μια δεκαετία, αλλά έτρωγε φύκια για πολύ περισσότερο. Εικόνα Zobellia, πριν από αιώνες, ζουν σε παράκτια ιαπωνικά ύδατα, κάθονται σε ένα κομμάτι φύκια και το χωνέψουν. Ξαφνικά, ο κόσμος της ξεριζώνεται. Ένας ψαράς συλλέγει τα φύκια και το χρησιμοποιεί για να κάνει την πάστα nori. Η οικογένειά του λύκει αυτά τα ψαράκια, και κατά αυτόν τον τρόπο, καταπίνει τη Zobellia . Το βακτήριο βρίσκεται σε ένα νέο περιβάλλον. Ψυχρό αλμυρό νερό έχει αντικαταστήσει τους γαστρικούς χυμούς. Η συνηθισμένη του ποσότητα θαλάσσιων μικροβίων έχει αντικατασταθεί από περίεργα και άγνωστα είδη. Και καθώς αναμιγνύεται με αυτούς τους εξωτικούς άγνωστους, κάνει τα βακτήρια που συνήθως κάνουν όταν συναντώνται: μοιράζεται τα γονίδιά του.
Γνωρίζουμε ότι αυτό συνέβη επειδή ο Jan-Hendrick Hehemann ανακάλυψε ένα από τα γονίδια της Zobellia σε ένα βακτήριο ανθρώπινου εντέρου που ονομάζεται Bacteroides plebeius . Η ανακάλυψη ήταν ένα πλήρες σοκ: τι ήταν στη γη ένα ναυτικό γονίδιο που έκανε στο έντερο ενός χερσαίου ανθρώπου; Η απάντηση αφορά το HGT. Το Zobellia δεν είναι προσαρμοσμένο στη ζωή στο έντερο, οπότε όταν έτρεξε σε αγκάθια του nori, δεν κολλήθηκε. Αλλά κατά τη διάρκεια της σύντομης θητείας του, θα μπορούσε εύκολα να δωρίσει κάποια από τα γονίδια του στον B. plebeius, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που κατασκευάζουν ένζυμα που αφομοιώνουν τα φύκια που ονομάζονται πορφυρανάσες.
Ξαφνικά, αυτό το μικροβιακό έντερο απέκτησε την ικανότητα να καταστρέψει τους μοναδικούς υδατάνθρακες που βρέθηκαν σε nori και θα μπορούσε να γιορτάσει αυτή την αποκλειστική πηγή ενέργειας που οι συνομήλικοί του δεν μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν. Ο Hehemann διαπίστωσε ότι είναι γεμάτο από γονίδια των οποίων τα στενότερα αντίστοιχα υπάρχουν σε θαλάσσια μικρόβια και όχι σε άλλα είδη με βάση το έντερο. Με επανειλημμένα δανεισμό γονιδίων από τα μικρόβια της θάλασσας, έχει γίνει ειδικός στην αφομοίωση των θαλασσινών λαχανικών.
Ο Β. Plebeius δεν είναι μόνος με την εκδίκηση των θαλάσσιων ενζύμων. Οι Ιάπωνες τρώνε νορί για τόσο πολύ καιρό ώστε τα μικρόβια του εντέρου τους ανακατεύονται με πεπτικά γονίδια από ωκεάνια είδη. Είναι μάλλον απίθανο ότι παρόμοιες μεταφορές συνεχίζονται, αν και: Οι σύγχρονοι μάγειροι ψήνουν και ψήνουν τη νόρι, κάνοντας καύση οποιωνδήποτε μικροβίων. Οι απόγονοι αιώνων μόνο κατάφεραν να εισάγουν τέτοια μικρόβια στα έντερά τους, τρώγοντας τα υλικά ωμά.
Έπειτα πέρασαν τα μικρόβια του εντέρου τους, τώρα φορτωμένα με γονίδια πορφυρανάσης με φύκια, στα παιδιά τους. Ο Hehemann είδε σημάδια της ίδιας κληρονομιάς που συμβαίνουν σήμερα. Ένας από τους ανθρώπους που σπούδασε ήταν ένα νεογέννητο κοριτσάκι, που δεν είχε φάει ποτέ μια μπουκιά σούσι στη ζωή της. Κι όμως, τα βακτήρια του εντέρου είχαν ένα γονίδιο πορφυρανάσης, όπως έκανε και η μητέρα της. Τα μικρόβια της ήρθαν προ-προσαρμοσμένα για να καταβροχθίζουν τη νόρι.
Ο Hehemann δημοσίευσε την ανακάλυψή του το 2010 και παραμένει μια από τις πιο εντυπωσιακές ιστορίες μικροβίων. Ακριβώς με το φαγητό φύκια, οι Ιάπωνες δεινέδες των αιώνων που πέρασαν κράτησαν μια ομάδα πεπτικών γονιδίων σε ένα απίστευτο ταξίδι από τη θάλασσα στη γη. Τα γονίδια μετακινούνται οριζόντια από θαλάσσια μικρόβια σε εντερικά και στη συνέχεια κατακόρυφα από ένα έντερο σε άλλο. Τα ταξίδια τους μπορεί να έχουν πάει ακόμη περισσότερο. Αρχικά, ο Hehemann μπορούσε να βρει μόνο τα γονίδια των πορφυρανασών σε Ιαπωνικά μικροβιοκτόνα και όχι σε βορειοαμερικανικά. Αυτό έχει αλλάξει τώρα: Κάποιοι Αμερικανοί έχουν σαφώς τα γονίδια, ακόμη και εκείνους που δεν είναι από ασιατικές καταβολές.
Πως έγινε αυτό? Μήπως ο Β. Plebeius πήδηξε από τα ιαπωνικά κόπρανα σε αμερικανικά; Τα γονίδια προέρχονταν από άλλα θαλάσσια μικρόβια που στοιβάζονταν σε διάφορα τρόφιμα; Η ουαλική και η ιρλανδική έχουν χρησιμοποιήσει από καιρό τα φύκια της Porphyra για να φτιάξουν ένα πιάτο που ονομάζεται λαβύρινθος. θα μπορούσαν να έχουν αποκτήσει πορφυρανάσες που έφεραν έπειτα στον Ατλαντικό; Προς το παρόν, κανείς δεν ξέρει. Αλλά το μοτίβο "υποδηλώνει ότι μόλις αυτά τα γονίδια χτυπήσουν τον αρχικό οικοδεσπότη, οπουδήποτε συμβαίνει αυτό, μπορεί να διασκορπιστεί μεταξύ ατόμων", λέει ο Hehemann.
Αυτό είναι ένα λαμπρό παράδειγμα της προσαρμοστικής ταχύτητας που παρέχει η HGT. Οι άνθρωποι δεν χρειάζεται να αναπτύξουν ένα γονίδιο που μπορεί να σπάσει τους υδατάνθρακες στα φύκια. εάν καταπιούμε αρκετά μικρόβια που μπορούν να αφομοιώσουν αυτές τις ουσίες, υπάρχουν πολλές πιθανότητες τα βακτήρια μας να «μάθουν» το τέχνασμα μέσω του HGT.
HGT εξαρτάται από την εγγύτητα, και το σώμα μας μηχανική εγγύτητα σε μια τεράστια κλίμακα με τη συγκέντρωση των μικροβίων σε πυκνά πλήθη. Λέγεται ότι οι πόλεις είναι κόμβοι καινοτομίας επειδή συγκεντρώνουν τους ανθρώπους στον ίδιο τόπο, επιτρέποντας την ελεύθερη κυκλοφορία ιδεών και πληροφοριών. Με τον ίδιο τρόπο, τα σώματα των ζώων είναι κόμβοι γενετικής καινοτομίας, διότι επιτρέπουν στο DNA να ρέει πιο ελεύθερα ανάμεσα σε συσσωρευμένες μάζες μικροβίων. Κλείστε τα μάτια σας, καθώς και εικόνες κηλίδες των γονιδίων που σπείρουν το δρόμο τους γύρω από το σώμα σας, πέρασε από ένα μικρόβιο στο άλλο. Είμαστε πολυσύχναστες αγορές, όπου οι βακτηριακοί έμποροι ανταλλάσσουν τα γενετικά τους προϊόντα.
***********
Τα σώματα ζώων φιλοξενούν τόσα πολλά μικρόβια που περιστασιακά τα γονίδια τους μπαίνουν στα γονιδιώματα μας. Και μερικές φορές, αυτά τα γονίδια αποδίδουν τους νέους οικοδεσπότες τους με απίστευτες ικανότητες.
Το σκαθάρι του καφέ Berry είναι ένα παράσιτο που έχει ενσωματώσει ένα βακτηριακό γονίδιο στο δικό του γονιδίωμα, το οποίο επιτρέπει στις προνύμφες του να χωνέψει τις πλούσιες δεξιώσεις των υδατανθράκων μέσα στους κόκκους καφέ. Δεν υπάρχουν άλλα έντομα - ούτε καν πολύ στενοί συγγενείς - έχουν το ίδιο γονίδιο ή κάτι παρόμοιο. μόνο βακτήρια κάνουν. Πηγαίνοντας σε έναν αρχαίο τρυγητή καφέ, το γονίδιο επέτρεψε σε αυτό το απίστευτο σκαθάρι να εξαπλωθεί σε περιοχές που καλλιεργούν καφέ σε όλο τον κόσμο και να γίνει βασιλικός πόνος στον εσπρέσο.
Οι αγρότες, λοιπόν, έχουν λόγους να αποθαρρύνουν την HGT-αλλά και λόγους για να την γιορτάσουν. Για μια ομάδα σφήκες, τα braconids, τα γονίδια που μεταφέρθηκαν, επέτρεψαν μια παράξενη μορφή ελέγχου παρασίτων. Τα θηλυκά αυτών των σφήκες βάζουν τα αυγά τους σε κάμπιες που ζουν ακόμα, τις οποίες οι νέοι τους καταβροχθίζουν έπειτα ζωντανοί. Για να δώσουν τα χέρια στα χέρια, τα θηλυκά εισάγουν επίσης τις κάμπιες με ιούς, οι οποίοι καταστέλλουν το ανοσοποιητικό τους σύστημα. Αυτοί ονομάζονται bracoviruses, και δεν είναι μόνο σύμμαχοι των σφήκες: Είναι μέρος των σφήκες. Τα γονίδιά τους έχουν ενταχθεί πλήρως στο γονιδίωμα του braconid και βρίσκονται υπό τον έλεγχό του.
Οι bracoviruses είναι εξημερωμένοι ιοί! Είναι απόλυτα εξαρτημένοι από τις σφήκες για την αναπαραγωγή τους. Κάποιοι μπορεί να λένε ότι δεν είναι πραγματικοί ιοί είναι όλοι? είναι σχεδόν σαν τις εκκρίσεις του σώματος της σφήκας μάλλον παρά με οντότητες από μόνα τους. Πρέπει να έχουν κατέβει από έναν αρχαίο ιό, τα γονίδια του οποίου βρήκαν το δρόμο τους στο DNA ενός προγονικού αρραβώνα και έμειναν εκεί. Αυτή η συγχώνευση προκάλεσε πάνω από 20.000 είδη βράχων βόρτων, τα οποία έχουν βακκοϊούς στα γονιδιώματα τους - μια τεράστια δυναστεία παρασίτων που χρησιμοποιεί τους συμβιωτικούς ιούς ως βιολογικά όπλα.
Άλλα ζώα έχουν χρησιμοποιήσει οριζόντια μεταφερμένα γονίδια για να υπερασπιστούν τον εαυτό τους από τα παράσιτα. Τα βακτήρια, εξάλλου, είναι η τελική πηγή αντιβιοτικών. Έχουν βρεθεί σε πόλεμο μεταξύ τους για δισεκατομμύρια χρόνια και έχουν εφεύρει ένα εκτεταμένο οπλοστάσιο γενετικών όπλων για να νικήσουν τους αντιπάλους τους. Μία οικογένεια γονιδίων, γνωστή ως tae, κάνει πρωτεΐνες που τρυπώνουν τρύπες στα εξωτερικά τοιχώματα των βακτηριδίων, προκαλώντας θανατηφόρες διαρροές. Αυτά αναπτύχθηκαν από μικρόβια για χρήση έναντι άλλων μικροβίων. Αλλά αυτά τα γονίδια έχουν βρει το δρόμο τους και στα ζώα. Σκορπιούς, ακάρεα και κρότωνες τους έχουν. Έτσι και οι ανεμόμυλοι στη θάλασσα, τα στρείδια, οι ψύλλοι του νερού, τα ακάρεα, τα γυαλιά της θάλασσας και ακόμη και η λουκέτο - ένας πολύ στενός συγγενής των ζώων που μαστίζονται όπως οι ίδιοι.
Η οικογένεια tae αποτελεί παράδειγμα των γονιδίων που εξαπλώνονται πολύ εύκολα μέσω του HGT. Είναι αυτάρκεις και δεν χρειάζονται υποστηρικτικό cast άλλων γονιδίων για να κάνουν τη δουλειά τους. Είναι επίσης καθολικά χρήσιμες, επειδή κάνουν αντιβιοτικά. Κάθε ζωντανό πράγμα έχει να αντιμετωπίσει τα βακτήρια, έτσι ώστε κάθε γονίδιο που επιτρέπει στον ιδιοκτήτη του να ελέγχει πιο αποτελεσματικά τα βακτήρια θα βρει αμειβόμενη απασχόληση σε όλο το δέντρο της ζωής. Αν μπορεί να κάνει το άλμα, έχει μια καλή πιθανότητα να καθιερωθεί ως παραγωγικό μέρος του νέου του ξενιστή. Αυτά τα άλματα είναι ακόμα πιο εντυπωσιακά γιατί εμείς οι άνθρωποι, με όλη μας την ευφυΐα και την τεχνολογία, αγωνιζόμαστε θετικά για τη δημιουργία νέων αντιβιοτικών. Είμαστε τόσο χαλαροί που δεν έχουμε ανακαλύψει νέους τύπους εδώ και δεκαετίες. Αλλά απλά ζώα, όπως τα κρότωνες και οι ανεμώνες της θάλασσας, μπορούν να κάνουν τη δική τους, επιτυγχάνοντας αυτό που χρειαζόμαστε πολλοί κύκλοι έρευνας και ανάπτυξης για να κάνουμε - όλοι μέσω οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων.
Αυτές οι ιστορίες απεικονίζουν το HGT ως πρόσθετη δύναμη, η οποία προσβάλλει τόσο τα μικρόβια όσο και τα ζώα με τις θαυμάσιες νέες δυνάμεις. Αλλά μπορεί επίσης να είναι αφαιρετική. Η ίδια διαδικασία που προσδίδει χρήσιμες μικροβιακές ικανότητες στους αποδέκτες των ζώων μπορεί να κάνει τα ίδια τα μικρόβια να μαραίνονται και να διασπώνται, μέχρι το σημείο που εξαφανίζονται εξ ολοκλήρου και παραμένουν μόνο οι γενετικές τους κληρονομιές.
Το πλάσμα που υποδεικνύει καλύτερα αυτό το φαινόμενο μπορεί να βρεθεί στα θερμοκήπια και τα χωράφια σε όλο τον κόσμο, πολύ για την αγανάκτηση των αγροτών και των κηπουρών. Πρόκειται για το citrus mealybug: ένα μικρό έντομο που απορροφά το χυμό που μοιάζει με μια νιφάδα πιτυρίδας που περπατά ή μια ξυλόγαλα που έχει ξεραθεί σε αλεύρι. Ο Paul Buchner, αυτός ο έξοχος εργάτης των symbionts, έκανε μια επίσκεψη στο clan mealybug στην περιήγησή του στον κόσμο των εντόμων. Κανείς δεν έκπληκτος, βρήκε βακτηρίδια μέσα στα κύτταρα τους. Αλλά, πιο ασυνήθιστα, περιέγραψε επίσης «στρογγυλά ή μακρόστενα σφαιρίδια στα οποία οι συμβιόντες είναι πυκνά ενσωματωμένοι». Αυτά τα σφαιρίδια έμειναν αχνά για δεκαετίες μέχρι το 2001, όταν οι επιστήμονες έμαθαν ότι δεν ήταν μόνο σπίτια για βακτήρια. Ήταν βακτήρια οι ίδιοι.
Το citrus mealybug είναι μια ζωντανή κούκλα matryoshka. Έχει βακτήρια που ζουν μέσα στα κύτταρα του, και αυτά τα βακτήρια έχουν περισσότερα βακτήρια που ζουν μέσα τους. Σφάλματα μέσα σε σφάλματα μέσα σε σφάλματα. Ο μεγαλύτερος ονομάζεται Tremblaya μετά από τον Ermenegildo Tremblay, έναν ιταλό εντομολόγο που σπούδασε κάτω από τον Buchner. Ο μικρότερος ονομάζεται Moranella μετά τον αφανισμό-wrangler Nancy Moran. ("Είναι ένα είδος αξιολύπητου μικρού πράγμα που πρέπει να ονομάζεται μετά από σας", μου είπε με χαμόγελο.)
Ο John McCutcheon έχει επεξεργαστεί την προέλευση αυτής της παράξενης ιεραρχίας - και είναι σχεδόν απίστευτο στις στροφές και τις στροφές του. Αρχίζει με το Tremblaya, το πρώτο από τα δύο βακτηρίδια που αποικίζουν τους μύκητες. Έγινε μόνιμος κάτοικος και, όπως πολλά συμβιωτικά έντομα, έχασε γονίδια που ήταν σημαντικά για μια ελεύθερη ζωή. Στα άνετα όρια του νέου του οικοδεσπότη, θα μπορούσε να αντέξει οικονομικά με ένα πιο εξορθολογισμένο γονιδίωμα. Όταν η Moranella συμμετείχε σε αυτή την αμφίδρομη συμβίωση, η Tremblaya είχε την πολυτέλεια να χάσει ακόμα περισσότερα γονίδια, με την εγγύηση ότι η νέα άφιξη θα σηκώσει το χαλαρό. Εδώ, το HGT είναι περισσότερο για την εκκένωση των βακτηριακών γονιδίων από ένα πλοίο που ανατρέπεται. Διατηρεί γονίδια που διαφορετικά θα χάνονταν από την αναπόφευκτη αποσύνθεση που προσβάλλει γονιδιώματα συμβιτών.
Για παράδειγμα, και οι τρεις εταίροι συνεργάζονται για να δημιουργήσουν θρεπτικά συστατικά. Για να δημιουργήσουν το αμινοξύ φαινυλαλανίνη, χρειάζονται εννέα ένζυμα. Το Tremblaya μπορεί να χτίσει 1, 2, 5, 6, 7 και 8. Η Moranella μπορεί να κάνει 3, 4 και 5. και το mealybug μόνο κάνει το 9ο. Ούτε το mealybug ούτε τα δύο βακτήρια μπορούν να φτιάξουν φαινυλαλανίνη από μόνοι τους. εξαρτώνται το ένα από το άλλο για να γεμίσουν τα κενά στα ρεπερτόρια τους. Αυτό μου θυμίζει τους Graeae της Ελληνικής μυθολογίας: τις τρεις αδελφές που μοιράζονται ένα μάτι και ένα δόντι μεταξύ τους. Οτιδήποτε άλλο θα ήταν περιττό: Η ρύθμισή τους, αν και περίεργη, τους επιτρέπει ακόμα να βλέπουν και να μασούν. Έτσι είναι με το mealybug και τους συμβιώτες του. Καταλήγουν σε ένα ενιαίο μεταβολικό δίκτυο, που κατανέμεται μεταξύ των τριών συμπληρωματικών γονιδιωμάτων τους. Στην αριθμητική συμβίωση, ένα συν ένα συν ένα μπορεί να ισούται με ένα.
*********
Ο κόσμος γύρω μας είναι μια τεράστια δεξαμενή πιθανών μικροβιακών εταίρων. Κάθε μπουκάλι θα μπορούσε να φέρει νέα μικρόβια που χωνεύουν ένα προηγουμένως άθραυστο κομμάτι των γευμάτων μας ή που αποτοξινώνουν τα δηλητήρια σε ένα προηγουμένως μη βρώσιμο φαγητό ή που σκοτώνουν ένα παράσιτο που προηγουμένως κατέστειλε τους αριθμούς μας. Κάθε νέος συνεργάτης μπορεί να βοηθήσει τον οικοδεσπότη του να φάει λίγο περισσότερο, να ταξιδέψει λίγο περισσότερο, να επιβιώσει λίγο περισσότερο.
Τα περισσότερα ζώα δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν σκόπιμα αυτές τις προσαρμογές ανοιχτού κώδικα. Πρέπει να στηρίζονται στην τύχη για να τους προσφέρουν τους κατάλληλους συνεργάτες. Αλλά εμείς οι άνθρωποι δεν είμαστε τόσο περιορισμένοι. Είμαστε πρωτοπόροι, σχεδιαστές και επίλυση προβλημάτων. Και έχουμε ένα τεράστιο πλεονέκτημα ότι όλα τα άλλα ζώα στερούνται: Γνωρίζουμε ότι υπάρχουν μικροί μικροί οργανισμοί! Έχουμε σχεδιάσει όργανα που μπορούν να τα δουν.
Μπορούμε να τα αναπτύξουμε εσκεμμένα. Διαθέτουμε εργαλεία που μπορούν να αποκρυπτογραφήσουν τους κανόνες που διέπουν την ύπαρξή τους και τη φύση των συνεργασιών τους με εμάς. Και αυτό μας δίνει τη δύναμη να χειραγωγούμε αυτές τις συμπράξεις εκ προθέσεως. Μπορούμε να αντικαταστήσουμε τις παραπαίουσες κοινότητες μικροβίων με νέες που θα οδηγήσουν σε καλύτερη υγεία. Μπορούμε να δημιουργήσουμε νέες συμβιολογίες που καταπολεμούν την ασθένεια. Και μπορούμε να σπάσουμε ηλικιωμένες συμμαχίες που απειλούν τη ζωή μας.
Από το προσεχές βιβλίο ΠΕΡΙΕΧΟΥΜΕ ΠΟΛΥΜΕΣΕΣ: Τα Μικροβιολογικά Μας Μέσα και μια Μεγαλύτερη Προβολή της Ζωής από τον Ed Yong. Πνευματικά δικαιώματα © 2016 από τον Ed Yong. Θα δημοσιευθεί στις 9 Αυγούστου από την Ecco, ένα αποτύπωμα των εκδοτών HarperCollins. Επανεκτύπωση με άδεια .
