Ali lahko koncept mikrobne vrste pokopljemo?
Že približno 150 let se mikrobiologi trudimo uvrstiti bakterije v vrste. Navkljub temu, da definicija bakterijske vrste ostaja dvoumna brez prestanka klasificiramo in re-klasificiramo. Tudi po uvedbi novih tehnologij, kot je sekvenciranje genoma, ki je omogočilo poplavo informacij nikoli prej videnih, ni situacija nič bolj pregledna. Mogoče pa je čas, da koncept vrste pri bakterijah pokopljemo na smetišče zgodovine?
Clostridium tetani ali Neisseria gonorrhoeae povzročitelja tetanusa in gonoreje sta bakterijski vrsti. Pri njiju je patogenost tako izrazit fenotipski znak, da je njuna uvrstitev v biološko vrsto enostavna. V splošnem pa temu ni tako in velika večina bakterij še vedno čaka, da bo uvrščena. Problem je v tem, da ne obstaja dovolj robusten kriterij, kaj bakterijska vrsta sploh je.
Po zgledu Carla Linnaeusa, ki je formaliziral taksonomijo bioloških vrst je nemški botanik Ferdinand Cohn leta 1872 pripravil prvi klasifikacijski sistem za bakterije glede na njihovo morfologijo. Ker je morfoloških razlik med bakterijami sorazmerno malo so kasneje dodali še fiziološke, patogene in biokemijske razlike. In ker so te razlike precej odvisne od okolja v katerm gojimo bakterije so v 60. letih prejšnjega stoletja se je kot vodilni kriteij za uvrstitev v bakterijske vrste uveljavila DNA-DNA hibridizacija. DNA molekula je dokaj stabilna molekula in predstavlja dovolj trdno osnov za graditev taksonomske zgradbe. Kriterij zahteva vsaj 70 % podobnost med DNA molekulami organizmov, da se osebek lahko uvrsti v isto vrsto. V 70. letih prejšnjega stoletja je potres v bakterijski sistematiki naredil Carl Woese, ki je organizme primerjal glede na sorodnost 16S rRNA genske sekvence. Vzel je en sam gen, ki je zastopan pri vseh organizmih, in na podlagi sorodnosti klasificiral vse organizme na planetu v enoten sistem. Nov kriterij je zahteval vsaj 97 % sorodnost 16S rRNA sekvenc organizmov za uvrstitev v isto vrsto. Skupaj s fenotipskimi podobnostmi mikroorganizmov je to postal zlati standard pri klasifikaciji bakterij.
Vendar pa ta standard ne temelji na kakšni resni teoretični podlagi. Stopnja hibriodizacijske sorodnosti DNA molekul je bila kalibrirana empirično, da se je uskladila z znanimi fenotipsko uvrščenimi vrstami. Kar nekaj bakterij je takih, ki ne izpolnjujejo 70 % hibridizacijskega kriterija, vendar se glede na 16S rRNA uvrščajo v isto vrsto.
Tudi, če je povprečna identiteta vseh genov, ki predstavljajo genom večja od 94 %, kar več kot ustreza tradicionalnemu 70 % DNA-DNA hibridizacijskemu kriteriju, je lahko znotraj tako definiranih vrst variabilnost v vsebnosti genov še vedno zelo velika. Npr. pri bakteriji E. coli, kjer sev vsebuje v povprečju med 3500 in 5000 genov obstaja enormna raznolikost med sevi. Poleg skupnih genov imajo, ki jih imajo vsi sevi, je tu še cela kopica drugih genov, ki jim omogočajo preživetje. Skupno število vseh različnih genov, ki jih najdemo pri različnih sevih E. coli je ocenjeno na okrog 25.000 genov. To je več različnih genov, kot jih ima človeški genom, kljub temu, da jih ima vsak posamezna E. coli celica bistveno manj. Variabilnost med sevi E. coli je torej enormna. Poraja se vprašanje, če je takšna klasifikacija s toliko različnimi geni za eno vrsto sploh še smiselna.
Zaradi tega je bilo potrebno uvesti nov kriterij. Bakterijsko vrsto opisujejo geni, ki jih najdemo pri vseh - ali skoraj pri vseh - predstavnikih vrste in predstavljajo jederni ali bistveni genom vrste. V primeru E. coli je to približno 3000 genov, ki jih organizem mora imeti, da ga lahko poimenujemo E. coli. Vendar so tudi tu težave. Ko so primerjali bakterisjek vrste so ugotovili, da v nekaterih okoljih kažejo 75 % sorodnost, v drugih okoljih pa le 50 % sorodnost jedrnega genoma. Bakterije, ki imajo relativno omejen življenski stil imajo bolj ohranjen genom, kot tiste, kjer je možnost izmenjave genov preko laterlanega transporta genov večja. Nadaljnja izboljšava pri klasifikaciji bakterij je bila MLSA analiza (multi lokus analiza sekvence), ki temelji na sintetično pridelanem genomu, kjer izločimo vse nejedrne gene iz analize in iz jedrnih genov naredimo novo sintetični genom. Sintetične verige jedrnih genov nato primerjamo med seboj. Ta analiza daje dobre korelacije z DNA-DNA hibridizacijo, vendar zanemarja gene, ki bakterijam omogočajo prilagoditev na okolje. Klasifikacija, ki ne upošteva prilagajanje na okolje pa je precej pomanjkljiva, saj je ravno sposobnost prilagoditve na okolje najpomembnejša sposobnost biologije.
Če je uvrstitev bakterij v vrste tako težavna in teoretično slabo podprta, zakaj se potem sploh ukvarjati z uvrstitvijo bakterij v vrste. Zato obstaja povsem praktični razlog. Olajšano sporazumevanje. To je za medicince, živilske tehnologe, biotehnologe in sanitarne delavce bistvenega pomena. Tu nas zanima predvsem en vidik organizma, ki nam pove za kaj je organizem za človeka pomemben, patogen, koristen, škodljiv. Tudi če ta klasifikacija ne omogoča jasne delitve glede na molekularne in fenotipske lastnosti je za našo varnost in sporazumevanje takšno poenostavljanje vitalnega pomena. Glede na preteklo izkušnjo nam ime pove kaj lahko od organizma pričakujemo, kaj je sposoben narediti, kako ga lahko kontroliramo. Takšna poenostavitev ima svoje meje. Zato se ne smemo pretirano čuditi, ko nas mikrobi presenetijo in pokažejo lastnosti, ki jih od izbrane vrste nismo pričakovali. Problem ni v mikrobni vrsti, problem je v samem konceptu kaj vrsta sploh je.
Če je klasifikacija pri bakterijah, ki povzročajo neposredne posledice za človeka še upravičena, pa je pri veliki večini bakterij, ki ne povzročajo bolezni človeka, rastlin in živali, ki niso uporabni kot bioorožje, ki jih ne uporabljamo v živilski industriji ali pa pri čiščenju odpadnih vod vprašanje, če naše uvrščanje bakterij ponuja kaj koristnega. To je bolj miselna igra, ki se izvaja na filozofski ravni in ima lahko včasih izjemno hude posledice. Rasna čistost, ki so jo izvajali nacisti je primer take filozofske zmote, ki nima podlage v resni znanosti. Danes je v igri več kot 20 konceptov biološke vrste (npr. biološki, izolacijski, prepoznavni, ekološki, evolucijski, kohezijski, filogenetski, genotipski). Ti koncepti se med seboj bistveno razlikujejo. Edino o čemer se različni koncepti strinjajo je to, da ni nobene univerzalne definicije kaj vrsta je. Čemu potem sploh ta hrup okrog vrste.
Zelo verjetno je razlaga ta, da drugače človek ne zmore funkcionirati. Svet je prekompleksen in ga je potrebno poenostavljati. Potrebno ga je urediti, klasificirati in na ta način ekonomizirati. Drugače je naša komunikacija nemogoča. Sveta pač ne moremo opisati s poljubno natančnostjo. Bakterija je od bakterije različna, podobno kot je mravlja od mravlje in človek od človeka. Za opis razlik potrebujemo vso znanost sveta. In ker znanost okriva vedno več razlik, ker vedno bolj prihaja v ospredje individualnost, unikatnost posameznega organizma bi za opis realnosti sveta, vseh sorodnosti in razlik, potrebovali ves čas tega planeta. Tega časa preprosto nimamo in zato ubiramo bližnjice. Velikokrat nam to zelo dobro uspe, velikokrat ne. Jezik nam je pri tem le v rahlo pomoč. Ne more zajeti vseh podrobnosti. Noben učni sistem tega ne more odpraviti. Besede so lahko le bled odsev realnosti. Od tu izvirajo težave v medsebojni komunikaciji.
Vendar je iz velike poplave podatkov o bakterijskih vrstah o njihovih nukleotidnih sekvenca izšlo veliko dobrega. Genomika kot orodje za opisovanje vrst sicer ne more dati dokončnih odgovorov, vendar je ponudila celo vrsto nepričakovanih uvidov v delovanje biologije. Sedaj je popolnoma jasno, da se geni hitro premikajo med organizmi. da so bakterije zelo promiskuitetne in lahko s horizontalnim prenosom genov premešajo svoj genski ustroj, ki omogoča optimalni odgovor na okoljske zahteve. Zdi se, da je bakterijam na voljo celoten genetski bazen tega planeta. Iz tega ogromnega nabora izbirajo tisto, kar jim v danem trenutku najbolje služi. Genom je tu zgolj zato, da imajo že pripravljen program, ki ga ni potrebno vsakokrat znova na novo izumljati. Stvar ekonomije in ne kakšnega višjega principa. Geni sami po sebi ne naredijo nič koristnega v celici. So le informacijski zapis. Koristni postanejo šele takrat, ko se genska informacija urejeno prepiše in dobimo proteine kot njihovo uporabno orodje. Za izbrano okolje je vedno le en program optimalen. Ker se okolje hitro spreminja je dobro, če imamo na zalogi več programov.
Ali izbrano zalogo programov imenujemo vrsta ali ne je povsem vseeno. Bakterije se na naš koncept vrste požvižgajo. Kot najbolj dinamičen biološki avtonomni sistem se genetski program bakterije nenehno spreminja in hitro prilagaja. Problem koncepta bakterijske vrste je v naši omejeni sposobnosti doživljanja realnosti sveta. Svet si moramo urediti, kategorizirati. Svet brez vrst je kaotičen, nesmiselen. In zato delamo red tam, kjer ga v naravi ni. Nič čudnega, da nas mikrobi vedno znova presenečajo.