Molecular Mechanisms of Microbial Evolution

یکی از عمیق‌ترین پارادایم‌هایی که درک ما از زندگی را در دهه‌های گذشته تغییر داده است، اذعان به این موضوع بود که میکروارگانیسم‌ها نقش اصلی را در شکل‌دهی محیط‌های گذشته و حال روی زمین و ماهیت همه اشکال حیات ایفا می‌کنند. هر موجود زنده محصول تاریخ خود است و تمام زندگی موجود به اجداد مشترک که میکروارگانیسم ها بودند بازمی گردد. امروزه، میکروارگانیسم ها اکثریت قریب به اتفاق تنوع زیستی روی زمین را تشکیل می دهند و تقریباً 4 میلیارد سال از تغییرات تکاملی جان سالم به در برده اند. تکامل میکروبی در شرایط محیطی بسیار متنوعی رخ داده و ادامه دارد. با این حال، ما هنوز اطلاعات کمی در مورد فرآیندهای تکاملی که برای میکروارگانیسم ها و جمعیت های میکروبی اعمال می شود، داریم. علاوه بر این، مکانیسم‌های مولکولی که توسط آن میکروارگانیسم‌ها با یکدیگر و با ارگانیسم‌های چند سلولی ارتباط/تعامل برقرار می‌کنند به خوبی شناخته نشده است. چنین الگوهایی از تعامل میکروب-میزبان برای درک تکامل همزیستی میکروبی و پاتوژنز ضروری هستند. پیشرفت های اخیر در توالی یابی DNA، فناوری های با توان بالا و سیستم های دستکاری ژنتیکی مطالعاتی را امکان پذیر کرده است که به طور مستقیم پایه های مولکولی و ژنومی تکامل را مشخص می کند و داده ها را تولید می کند. که ما را وادار می کند دیدگاه خود را نسبت به دنیای میکروبی تغییر دهیم. این تصور که جهش‌ها در مناطق کدکننده ژنوم، در ترکیب با نیروهای انتخابی، عوامل اصلی تنوع زیستی هستند، باید با انباشته شدن شواهد مورد بررسی مجدد قرار گیرد، که نشان می‌دهد بسیاری از مناطق غیر کدکننده که حاوی سیگنال‌های تنظیمی هستند، نرخ بالایی از تنوع را نشان می‌دهند. حتی در میان موجودات نزدیک. تجزیه و تحلیل مقایسه ای تعداد فزاینده ای از ژنوم های میکروبی نزدیک به هم، بینش هیجان انگیزی را در مورد منابع تنوع ژنوم میکروبی با توجه به محتوای ژن، ترتیب ژن و تکامل ژن های با عملکردهای ناشناخته به دست آورده است. علاوه بر این، مطالعات آزمایشگاهی (به عنوان مثال تکامل میکروبی تجربی) بینش بیولوژیکی اساسی را از طریق مشاهده مستقیم فرآیند تکامل ارائه می دهد. آنها نه تنها امکان آزمایش نظریه و اصول تکاملی را فراهم می کنند، بلکه در مهندسی متابولیک و سلامت انسان نیز کاربرد دارند. به طور کلی، این مطالعات از ویروس‌ها گرفته تا باکتری‌ها و یوکاریوت‌های میکروبی، مکانیسم‌های تکامل را با وضوحی روشن می‌کنند که داروین، دلبروک و دوبژانسکی به سختی می‌توانستند تصور کنند. در نتیجه، بررسی و برجسته کردن پیشرفت تا کنون و همچنین بحث در مورد آنچه ناشناخته باقی مانده و به تحقیقات آینده نیاز دارد، به موقع است. این کتاب وضعیت فعلی دانش در مورد مکانیسم‌های مولکولی تکامل میکروبی را با مجموعه‌ای از مقالات نوشته شده توسط نویسندگانی که متخصصان برجسته در این زمینه هستند، بررسی می‌کند.

One of the most profound paradigms that have transformed our understanding about life over the last decades was the acknowledgement that microorganisms play a central role in shaping the past and present environments on Earth and the nature of all life forms. Each organism is the product of its history and all extant life traces back to common ancestors, which were microorganisms. Nowadays, microorganisms represent the vast majority of biodiversity on Earth and have survived nearly 4 billion years of evolutionary change. Microbial evolution occurred and continues to take place in a great variety of environmental conditions. However, we still know little about the processes of evolution as applied to microorganisms and microbial populations. In addition, the molecular mechanisms by which microorganisms communicate/interact with each other and with multicellular organisms remains poorly understood. Such patterns of microbe-host interaction are essential to understand the evolution of microbial symbiosis and pathogenesis.Recent advances in DNA sequencing, high-throughput technologies, and genetic manipulation systems have enabled studies that directly characterize the molecular and genomic bases of evolution, producing data that are making us change our view of the microbial world. The notion that mutations in the coding regions of genomes are, in combination with selective forces, the main contributors to biodiversity needs to be re-examined as evidence accumulates, indicating that many non-coding regions that contain regulatory signals show a high rate of variation even among closely related organisms. Comparative analyses of an increasing number of closely related microbial genomes have yielded exciting insight into the sources of microbial genome variability with respect to gene content, gene order and evolution of genes with unknown functions. Furthermore, laboratory studies (i.e. experimental microbial evolution) are providing fundamental biological insight through direct observation of the evolution process. They not only enable testing evolutionary theory and principles, but also have applications to metabolic engineering and human health. Overall, these studies ranging from viruses to Bacteria to microbial Eukaryotes are illuminating the mechanisms of evolution at a resolution that Darwin, Delbruck and Dobzhansky could barely have imagined. Consequently, it is timely to review and highlight the progress so far as well as discuss what remains unknown and requires future research. This book explores the current state of knowledge on the molecular mechanisms of microbial evolution with a collection of papers written by authors who are leading experts in the field.