Was macht ein E.coli zu einem E.coli, Genotyp oder Phänotyp?

Der Kontext für die Identifizierung von E. coli ist hauptsächlich die klinische Mikrobiologie, und im klinischen Labor ist die Identifizierung hauptsächlich phänotypisch, basierend auf verschiedenen Eigenschaften wie Wachstum und Morphologie auf selektiven Medien, Aussehen der Gram-Färbung, biochemische Eigenschaften usw. – nur unter ungewöhnlichen Umständen Gentest gemacht. Letzteres ist wegen der extremen genetischen Diversität innerhalb der Arten problematisch und einige überschneiden sich mit anderen (sogar mit anderen Gattungen).

Die Probleme mit dem Begriff "Spezies" in E. coli im Zusammenhang mit 16s-Sequenzierung, horizontalem Gentransfer, mobilen genetischen Elementen, Plasmiden usw. werden ausführlich in Quammens jüngstem Buch The Tangled Tree diskutiert .

Derzeit ist die Identifizierung phänotypischer Arten die Norm, wie die „Nomenklatur“-Anleitung für Autoren des Journal of Bacteriology , einer Veröffentlichung der American Society for Microbiology, veranschaulicht.

Sicherlich beides. Heutzutage erfolgt die Typisierung mit den mit geringem Aufwand verfügbaren molekularen Techniken hauptsächlich über die Genotypisierung. Dies kann mithilfe des 16S-rRNA-Gens erfolgen, das aus hypervariablen Regionen besteht, wie im Bild dargestellt. Diese Wahl ist gerechtfertigt, da dieses Gen im Bakterienstamm hochgradig konserviert ist, was möglicherweise aufgrund der Evolution in einigen Regionen Variationen ergibt. Dieses Konzept wird in der Evolutionsbiologie mit dem Begriff „molekulare Uhr“ erklärt.

Durch das Entwerfen spezifischer Primer (es gibt sie bereits für mehr Arten) könnten Sie nur eine Amplifikation durch E.coli-Zellen erreichen. Dies ist nur ein Beispiel, das auch auf andere Bakterienarten exportiert werden kann: Durch die Analyse anderer konservierter Phänotypen für jeden Stamm dieser Art ist es möglich, auch einige Echtzeit-PCR mit anderen Regionen des Genoms durchzuführen. Denken Sie immer daran, dass bei der Identifizierung von Bakterien eine Isolierung und damit eine Phänotypisierung erforderlich ist. Die Genotypisierung ist der schnellste und genaueste Weg zum ersten Erkennungsschritt.

Ich bin kürzlich zufällig auf ein ähnliches Problem gestoßen, als ich eine Frage zu einem Artikel über die Klassifizierung von Viren beantwortete . Ich bin kein Mikrobiologe, daher kann diese Antwort fehlerhaft sein, sie wirft jedoch einen Punkt auf, von dem ich glaube, dass er in den anderen Antworten nicht angesprochen wurde. Ich freue mich über Korrekturen.

Zunächst ist jedoch offensichtlich, dass Bakterien viele, viele Jahre vor der Verfügbarkeit ihrer Sequenzen identifiziert wurden, und, wie in der Antwort von @Argalatyr angegeben, die Klassifizierung nur auf phänotypischen Merkmalen beruhen konnte. Diese Ungenauigkeit wird in einer Stellungnahme in einem Übersichtsartikel aus dem Jahr 2000 von Dijkshoorn et al. „Stamm, Klon und Art: Kommentare zu drei Grundkonzepten der Bakteriologie“ :

„Eine Art besteht aus Stämmen gemeinsamen Ursprungs, die einander ähnlicher sind als jeder andere Stamm.“

Das Papier, auf das ich zuvor gestoßen bin, stammt von Bobay und Ochman (2018), in dem sie sagen:

„Mitglieder einer biologischen Art werden durch ihre Fähigkeit definiert, genetisches Material auszutauschen “

Diese Definition – ihrer Natur nach genotypisch – geht eindeutig auf die Ära der DNA-Sequenzierung zurück. (Bei asexuellen Organismen wie Bakterien kann der Austausch von genetischem Material durch Rekombination von DNA erfolgen.)

Es sollte auch erwähnt werden, dass diese auf Bakterien angewendete Definition nicht erfordert, dass Mitglieder derselben Art dieselbe Anzahl von Genen haben (das Anliegen der Frage), sondern nur, dass sie sich rekombinieren können.

In ihrer Arbeit Dijkshoorn et al. fahren Sie fort, aktuelle Bemühungen zu diskutieren, was, wie ich annehme, diese akzeptierte Definition mit DNA-basierten Vergleichen zu korrelieren – 16S-rRNA-Sequenzierung und prozentuale DNA-Gesamtidentität.

„Kürzlich zeigte ein Vergleich von DNA-DNA-Paarungsdaten und 16S-rRNA-Ähnlichkeitsdaten, dass Stämme mit einer rRNA-Ähnlichkeit von weniger als c. 97 % zeigten im Allgemeinen keine signifikante DNA-DNA-Reassoziation und gehören somit unterschiedlichen Spezies an. Ähnlichkeit > 97 % kann auf eine enge Verwandtschaft hindeuten oder nicht. Die Verwendung dieses Prozentsatzes als Faustregel hat in vielen Fällen dazu geführt, dass die rRNA-Sequenzierung die umständlichere DNA-DNA-Paarungstechnik für die Schaffung neuer Arten ersetzt hat. Gegenwärtig wird entweder die 70-%- oder die 97-%-Regel verwendet, um die meisten Vorschläge für neue Arten zu untermauern.“

Die Moral scheint zu sein, dass wir ein Stadium erreicht haben, in dem es billiger und einfacher ist, Arten durch DNA-Sequenzierung zu definieren, als ins Labor zu gehen und Experimente durchzuführen, um zu sehen, ob sie genetisches Material austauschen können.