Filogenetyka drobnoustrojów - Microbial phylogenetics

Filogenetyka drobnoustrojów to nauka o genetycznym spokrewnieniu różnych grup drobnoustrojów . Pomaga to prześledzić ich ewolucję . Aby zbadać te relacje, biolodzy opierają się na genomice porównawczej , ponieważ fizjologia i anatomia porównawcza nie są możliwymi metodami.

Historia

1960-1970

Mikrobiologiczne Filogeneza pojawiły się jako pole badania w latach 1960 naukowcy zaczął tworzyć rodowodu drzew w oparciu o różnice w kolejności aminokwasów z białek i nukleotydów genów, a nie za pomocą anatomii porównawczych i fizjologii.

Jedną z najważniejszych postaci na wczesnym etapie tej dziedziny jest Carl Woese , który w swoich badaniach skupił się na bakteriach , patrząc na RNA zamiast na białka . Dokładniej, postanowił porównać małe podjednostki rybosomalne RNA (16rRNA) oligonukleotydy. Dopasowane oligonukleotydy w różnych bakteriach można było porównać ze sobą, aby określić, jak blisko spokrewnione są organizmy. W 1977 roku, po zebraniu i porównaniu fragmentów 16s rRNA dla prawie 200 gatunków bakterii, Woese i jego zespół w 1977 roku doszli do wniosku, że Archaebacteria nie są częścią bakterii, ale całkowicie niezależnymi organizmami.

1980-1990

W latach 80. XX wieku filogenetyka drobnoustrojów weszła w swój złoty wiek, ponieważ techniki sekwencjonowania RNA i DNA znacznie się poprawiły. Na przykład porównanie sekwencji nukleotydowych całych genów było ułatwione dzięki opracowaniu środków do klonowania DNA , co umożliwiło tworzenie wielu kopii sekwencji z bardzo małych próbek. Niesamowity wpływ na filogenetykę drobnoustrojów miał wynalezienie reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). Wszystkie te nowe techniki doprowadziły do ​​formalnego zaproponowania trzech „ domen ” życia: Bakterie , Archaea (sam Woese zaproponował tę nazwę, aby zastąpić starą nazwę Archaebacteria) i Eukarya, prawdopodobnie jeden z kluczowych fragmentów w historii taksonomii .

Jednym z nieodłącznych problemów badania organizmów drobnoustrojowych była zależność badań od czystej kultury w laboratorium. Biolodzy próbowali przezwyciężyć to ograniczenie poprzez sekwencjonowanie genów rRNA uzyskanych z DNA wyizolowanego bezpośrednio ze środowiska. Ta technika pozwoliła w pełni docenić tę bakterię, nie tylko jako największą różnorodność, ale także stanowić największą biomasę na ziemi.

Pod koniec lat 90. rozpoczęto sekwencjonowanie genomów różnych organizmów drobnoustrojowych, a do 2005 r. zsekwencjonowano 260 kompletnych genomów, co dało klasyfikację 33 eukariontów, 206 eubakterii i 21 archeonów.

2000s

Na początku XXI wieku naukowcy zaczęli tworzyć drzewa filogenetyczne oparte nie na rRNA , ale na innych genach o innej funkcji (np. gen enzymu polimerazy RNA ). Powstałe genealogie znacznie różniły się od genealogii opartych na rRNA . Te historie genów były tak różne między nimi, że jedyną hipotezą, która mogła wyjaśnić te rozbieżności, był duży wpływ horyzontalnego transferu genów (HGT), mechanizmu, który umożliwia bakteriom pozyskiwanie jednego lub więcej genów z całkowicie niespokrewnionego organizmu. HTG wyjaśnia, dlaczego podobieństwa i różnice w niektórych genach muszą być dokładnie zbadane, zanim zostaną użyte jako miara pokrewieństwa genealogicznego organizmów drobnoustrojów.

Badania mające na celu zrozumienie rozpowszechnienia HGT sugerują, że łatwość, z jaką geny są przenoszone między bakteriami, uniemożliwiła im zastosowanie "koncepcji gatunku biologicznego".

Reprezentacja filogenetyczna

Od Darwina każda filogeneza każdego organizmu jest reprezentowana w postaci drzewa. Niemniej jednak, ze względu na wielką rolę, jaką HTG odgrywa dla drobnoustrojów, niektórzy mikrobiolodzy ewolucyjni sugerowali porzucenie tego klasycznego poglądu na rzecz reprezentacji genealogii bardziej przypominającej sieć, znanej również jako sieć. Istnieją jednak pewne problemy z tą reprezentacją sieci, takie jak niemożność precyzyjnego ustalenia organizmu dawcy dla zdarzenia HGT i trudność w określeniu prawidłowej ścieżki między organizmami, gdy doszło do wielu zdarzeń HGT . Dlatego też nie ma jeszcze konsensusu między biologami co do tego, która reprezentacja lepiej pasuje do świata drobnoustrojów.

Zobacz też

Bibliografia