一些衣原体的细胞内生活方式以意想不到的方式进化

今天所有的衣原体都生活在从变形虫到动物的宿主细胞内。来自维也纳大学和瓦赫宁根大学研究中心的一组科学家发现，衣原体的祖先可能已经生活在宿主细胞内，但感染变形虫的衣原体后来以细胞内细菌意想不到的方式进化。这项发表在《自然微生物学》杂志上的研究是了解包括人类病原体在内的内共生细菌的出现和进化的重要一步。

衣原体以人类病原体沙眼衣原体而闻名，但这组细菌在10亿年前就进化了，甚至比第一批动物还早。然而，今天发现的所有衣原体都生活在从小型变形虫到动物细胞的广泛宿主中。但是，自从20年前第一个衣原体基因组测序以来，科学家们一直困惑的是，虽然感染动物的衣原体具有与其他内共生菌相似的小基因组，但感染变形虫的衣原体具有更大的基因组大小，更类似于自由生活的细菌。然而，由于难以在实验室中培养这些微生物，对这种不同细菌群进化的研究一直受到阻碍。

Matthias Horn(维也纳大学)和Thijs Ettema(瓦赫宁根大学和研究中心)周围的团队可以绕过这个问题:“我们最近才获得了直接从环境样本中测序基因组的能力，以探索衣原体多样性的广度，”研究人员解释说。有了这些新数据，他们就追溯了衣原体的进化过程。利用最先进的计算方法，他们重建了所有已知衣原体最后共同祖先的基因组。研究人员发现，“这种灭绝的微生物拥有成为内共生体所需的所有基因。甚至对今天的衣原体动物病原体很重要的基因也可能已经存在了。”这意味着衣原体已经感染宿主细胞超过10亿年的进化史。

然而，令他们惊讶的是，研究小组还发现，感染阿米巴虫的衣原体只是在后来才获得了许多代谢基因，尽管内共生体与其他细菌交换基因的机会较少。“我们的研究结果表明，在一些衣原体中发生的基因交换比内共生体中预期的要多，”作者解释说，“包括关键代谢基因的获得。”

这一结果挑战了我们对内共生生物进化的看法。但研究人员也提出了一个解决这个难题的方法:“当你考虑这些衣原体生活的环境时，这并不奇怪:阿米巴原虫通常携带多种内共生菌，并以自由生活的细菌为食，所以周围有其他微生物增加了可访问的基因库。此外，大多数衣原体在不同的宿主之间移动，暴露在不断变化的环境中可以解释为什么这些内共生体保持甚至获得额外的代谢基因可能是有益的。”

科学家们很想知道这种内共生进化模式是否更为普遍。无论如何，这项研究对于了解包括人类病原体在内的内共生细菌的出现和进化是重要的一步。

参考:Dharamshi JE, Köstlbacher S, Schön ME, Collingro A, Ettema TJG, Horn M.基因增益促进衣原体内共生进化。Nat Microbiol。2023; 8(1):盂。doi:10.1038 / s41564 - 022 - 01284 - 9

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