如果你还记得“亲爱的菲利普国王来吃意大利面”，你可能还会想起相应的生物学分类等级:域、王国、门、纲、目、科、属和种。这些领域包括原核生物、单细胞生物，如细菌和古细菌，以及真核生物，包括真菌、植物和动物。
当突变从亲本传给后代时，真核生物经历了进化，这被称为垂直基因转移。对于原核生物，进化可以通过水平基因转移(简称HGT)进行，在这种情况下，遗传信息直接在细菌之间共享。这一过程使个体生物，甚至整个物种，迅速获得新的基因，包括那些具有潜在危险的基因，比如那些赋予抗生素耐药性的基因。
在特拉华大学，在工程学院化学与生物分子工程系、生物科学系和特拉华生物技术研究所的尤金杜·杜邦大学讲座教授Eleftherios“Terry”Papoutsakis的实验室里，研究人员最近发现了一种新的机制，通过这种机制，HGT可以在细菌中发生。
这项研究的发现，由博士校友卡米尔·查鲁宾和博士候选人约翰·希尔领导，扩展了目前对复杂微生物群的进化和生存策略的理解，对从生态学到生物技术和医学等领域都有影响。这项研究发表在mBio杂志上。
在Charubin观察到两种细菌(Clostridium acetobutylicum和C. ljungdahlii)彼此靠近时，它们以很高的速率交换营养物质、代谢物和细胞物质后，该小组的最新论文的研究开始了。他们发现这些细胞使用一种叫做异源细胞融合的机制来转移物质，他们想看看细菌是否也能通过这种机制来转移遗传信息。
希尔说:“这不仅仅是一些蛋白质，实际上包含了细胞质中的大部分物质。”“这些发现促使我们确定遗传物质，包括质粒，是否也可以交换。”
为了了解当细菌细胞密切接触时，基因转移是否也会发生，希尔调整了该小组的实验室技术，以便他们能够跟踪细菌基因组和质粒(细菌使用的与基因组分离的环状DNA片段)的运动。研究人员还使用了选择性传代培养技术，在C. acetobutylicum细胞吸收了C. ljungdahlii的质粒后分离出它们，然后使用PacBio单分子实时(SMRT)测序数据确认基因转移。
Papoutsakis说，这项研究的结果表明，这两种梭状芽孢杆菌确实可以通过异源细胞融合共享遗传信息，这是一种“以前没有考虑或观察到的”HGT机制。“通过异种细胞融合，我们发现微生物之间存在DNA交换，由此产生的杂交细胞含有来自两种生物的大量基因组DNA。”
研究人员表示，该小组的最新论文为细菌进化的过程和驱动因素提供了新的见解。
希尔说:“我们知道微生物生命是在自然发生的群落中进化的，如果有大量的物种间相互作用，包括基因交换，那将揭示微生物进化的另一个方面。”“这些结果可能意味着微生物并不是彼此独立进化的，而是在当地环境中存在多种进化轨迹，这些轨迹是由各种外部压力(包括HGT)驱动的。”
Papoutsakis补充说，这项研究也可能对其他领域产生影响，特别是如果这是细菌相互赋予抗生素耐药性等特性的另一种方式。
Papoutsakis说:“自然微生物群中微生物之间的复杂性和相互作用要复杂得多，例如环境或人类肠道中的微生物。”“HGT的这种机制确实具有重要的生理和医学意义。”
