实验方法

定义基因组时代的细菌种类:不动杆菌属的研究

2020-05-28 14:55

18世纪初,林奈在他的自然分类系统中,根据生物的表型特征进行聚类,提出了第一个可行的物种层次分类法。一个多世纪后,达尔文在《物种起源》一书中,在强调生物物种任意性的同时,将系统发育学,即随着时间推移的生物谱系史,加入到生物分类学中。尽管人们对分类学界限的反复无常性感到担忧,但物种概念的实际应用和实用性继续为微生物学的理论和实践提供信息,而稳定的物种命名法是病原微生物诊断和监测的基础。

几十年来,在定义细菌种类时,微生物分类学者一直采用一种依赖于形态、生理和生化信息的多链方法。这反过来又依赖于生长,通常在纯培养,在实验室,这可能是无法实现的许多细菌物种。这种多相方法还依赖于DNA-DNA杂交等技术,这些技术费时费力,特别是与现代基因组测序的简易性相比。在高通量测序的最新进展的推动下,我们与其他研究人员一起,已经开始探索基因组序列数据对于细菌物种描述和分类的适用性。

在我们最近的BMC微生物学出版物中,我们利用不动杆菌属探索基因组序列的比较分析是否可以与经典的DNA-DNA杂交和表型方法相媲美。迄今为止,共有27种不动杆菌被描述,包括新出现的病原体鲍曼不动杆菌。然而,鲍曼不动杆菌与其他三种不动杆菌(A.calcoaceticus、A.pittii和A.noscomialis)高度相关,仅从表型上很难区分这四种不动杆菌,使该属成为一个理想的测试案例。

我们发现,结合共享基因组区域的系统发育分析和基因组平均核苷酸同源性的计算,提供了一种简单但信息丰富和强大的方法,适用于细菌物种的划分。我们的结果与目前公认的不动杆菌属分类法相一致,同时也识别出了三个集合或数据库中菌株的错误分类。我们提出的方法提供了一种可扩展的、统一的方法,适用于可培养物种和不可培养物种。它比传统的分类学方法更快、更便宜;它很容易在研究机构之间复制和转移,为分类学分类提供了一个可扩展、统一和一致的框架;最后,它符合达尔文的“分类尽可能成为家谱学”的愿景。

这种方法有什么缺点吗?好吧,这确实意味着要背弃一个多世纪的历史:对许多细菌学家来说,完全忽略表型在直觉上似乎是错误的。毕竟,这是一个保守的学科,允许志贺氏菌作为一个属的名称,当系统基因组学告诉我们这只是大肠杆菌的又一个病理变种。更重要的是,测序方法处于不断变化的状态,受到无情的技术创新的驱动,在不久的将来,没有稳定的标准化方法来产生一个草案或完整的基因组。这就给一门与“标准操作程序”紧密结合的学科带来了问题。

然而,旅行的方向是明确的。当测序变得如此快速、廉价和简单时,我们正朝着测序技术的单一性疾驰而来,它将成为微生物领域许多应用的首选技术。当测序平台到达提供长读取长度和高精度时,临床样本的亚基因组测序也将被广泛采用。未来的挑战是调整细菌分类学和临床诊断微生物学的理论和实践,以应对即将到来的革命。时代在改变!

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