一段时间以来，我们已经知道，通过抗生素抗性基因的迅速传播，过度使用抗生素正在导致细菌抗生素耐药性的可怕增加。这背后的原因可能不仅仅是这些基因的传播，而是进化驱动微生物基因含量经济的方式发生了根本性的变化。
通常，根据进化理论，在种群中流行的基因是通过自然选择选择的，携带特定基因的生物体的生存是由经济上严肃的成本效益分析决定的。然而，现在看来，过度的人类干预正在把细菌变成贪婪的基因囤积者“基因资本家”，推动一个更意想不到的进化过程。
发表在最新一期《分支学》(Cladistics)杂志上的一项新研究分析了1884年至2018年间收集的29255株大肠杆菌(Escherichia coli)基因组的大量遗传数据集，以研究409种不同基因的进化，这些基因使各种细菌菌株能够抵抗各种抗生素。研究人员检查了赋予抗生素耐药性的基因，一旦获得，是否倾向于在细菌谱系中大量存在——一种被称为“基因资本主义”的现象——或者一旦它们不再需要生存，就会通过被称为“稳定选择”的正常进化过程消失。
在一个正常的、未受干扰的世界里，进化过程会纠正细菌基因组的变化，以解释“成本”。在增加一个额外的基因时，通过增加细菌的繁殖过程而带来额外的成本，自然选择用更大或更长期的生存参数来平衡这种变化，比如更快的生长和更多的繁殖——理论上，“稳定选择”过程应该有利于消除那些成本不必要地干扰的基因。
帮助细菌抵抗抗生素化合物(由其他微生物释放的抗生素，现在被人类医学和农业所采用)的各种基因可能已经存在了10亿年以上，但它们对细菌的生存从未如此必要，以至于在细菌基因组中广泛存在。根据进化理论，人们期望这些基因就像细菌工具箱中携带的笨重、高维护成本的工具一样，在不再需要它们时就会消失。
研究发现，“稳定选择”不再是抗生素抗性基因的进化规律。
然而，在过去134年的进化历史中，研究发现，保留赋予抗生素耐药性的基因变化比通过长期选择失去它们更有可能发生。
“我们检查的大多数基因在细菌谱系中显示出增益，但很少显示出损失，”Janies说。“想象一下，携带所有这些基因——有时多达30个——应该如何影响细菌的进化适应性。”
虽然细菌中抗生素耐药性的增加并不是一个新发现，但Janies指出，其发生的范围表明，大规模的人类干预正在导致基因的广泛囤积，这些基因赋予了抗生素耐药性，这在正常的进化压力下是不可能发生的。
Janies说:“自从抗生素工业化以来，我们已经看到，繁荣或生存的成本需要一个或多个抗生素抗性基因，甚至超过30个。”“我们通过抗生素工业化所施加的力量是非常强大的。”
然而，这项研究也表明，并不是所有赋予抗生素耐药性的基因都受到新的进化压力的影响程度相同。这项研究追踪了基因赋予抗生素耐药性的五种不同方式，并衡量了这些广泛的抗生素类别之间的差异，即它们是否被从稳定选择推向了基因资本主义。
“我们想做的是通过收集超过134年的大量数据集来观察这些过程的历史，看看在稳定选择原则和表现出基因资本主义的原则下，基因是否存在质量差异和功能差异。”
这项研究确实发现，通过“替代”(用不同的分子取代作为抗生素化合物目标的细菌细胞分子)或“外排”(导致抗生素化合物运输出细胞)机制起作用的抗生素抗性基因，仍然更有可能通过稳定选择而被淘汰，而不是作为基因资本主义的货币参与——可能是因为这两种机制对常规来说成本极高细菌细胞的功能。
然而，所有其他抗生素耐药机制的表现似乎都是在“基因资本主义”的原则下，有利于基因的持续存在，这表明，总的来说，保留这些昂贵的耐药基因的趋势已经成为细菌谱系的新规则。
该论文的第一作者、北卡罗来纳大学夏洛特分校生物信息学家科尔比·福特指出:“这项研究确实有助于对不同类型耐药性的严重程度或风险进行分层。”“换句话说，我们可以更好地找出细菌产生更持久耐药性的风险更高的抗生素，这是应该避免的。”
研究人员指出，通过“抗生素循环”——暂时停用某些抗生素，直到稳定的选择减少了细菌种群中耐药基因的存在——一些抗生素耐药基因(这些基因的类型仍然显示出稳定选择的强烈影响)可能仍然会在细菌种群中减少。
“这是一个令人震惊的发现，但我不想写这篇‘悲观的论文’——我认为控制某些抗生素耐药性是有希望的，”詹姆斯说。“如果有一个可以用于抗生素管理的关键信息，那就是某些类别的抗生素，那些通过目标替代和外排起作用的抗生素，如果我们有意愿和组织来启动抗生素循环，就会受到稳定选择的影响。”
