在細菌中獲得抗生素抗性的新途徑是迄今為止最有效的途徑
噬菌體(或噬菌體)是感染和寄生細菌的病毒。這些噬菌體可以通過稱為遺傳轉(zhuǎn)導的過程將DNA從一種細菌轉(zhuǎn)移到另一種細菌。這被認為是細菌進化和獲得抗生素抗性和毒力因子的主要手段,這些因子加速了新的和逐漸增加的致病菌株的出現(xiàn)。到目前為止,已知兩種遺傳轉(zhuǎn)導機制:廣義轉(zhuǎn)導和特化轉(zhuǎn)導。60多年來,自美國科學家和諾貝爾獎獲得者Joshua Lederberg發(fā)現(xiàn)這兩種機制以來,這兩種機制一直是遺傳轉(zhuǎn)導的唯一機制。
在2018年10月12日在線發(fā)表在“ 科學 ”雜志上的一篇論文中,由NUS Medicine和格拉斯哥大學領(lǐng)導的研究小組報告了第三種轉(zhuǎn)導模式的發(fā)現(xiàn)。這種新模式被稱為側(cè)向轉(zhuǎn)導,似乎是迄今發(fā)現(xiàn)的最強大的轉(zhuǎn)導手段,具有在極高頻率下在細菌之間轉(zhuǎn)移大部分細菌染色體(數(shù)百千堿基)的能力。
當噬菌體感染細菌細胞時,它通常以兩種方式之一繁殖:(1)裂解循環(huán),其中噬菌體繁殖并裂解細胞,導致新噬菌體顆粒的釋放; 或(2)溶原循環(huán),其中噬菌體DNA整合到宿主基因組中并與宿主 基因組一起復制。在(2)中,某些刺激可以激發(fā)噬菌體DNA將其自身切割出宿主基因組(切除),與蛋白質(zhì)組裝成新的噬菌體顆粒(包裝),進行成熟并裂解宿主細胞。然后,來自(1)和(2)的釋放的噬菌體可以感染其他細菌并轉(zhuǎn)移它們的DNA,其包括來自宿主細胞的DNA。
相比之下,由NUS Medicine的助理教授John Chen領(lǐng)導的研究人員發(fā)現(xiàn),當噬菌體將切除延遲到其生命周期的晚期時,會發(fā)生側(cè)向轉(zhuǎn)導。相反,噬菌體啟動DNA復制,同時它們?nèi)匀皇撬拗骰蚪M的一部分,導致多個整合的噬菌體基因組。然后DNA包裝可以在一些基因組上啟動,導致染色體DNA包裝和轉(zhuǎn)移到其他細菌,而其他噬菌體基因組切除并導致正常的噬菌體成熟。
助理教授Chen說:“通過將基因組的部分轉(zhuǎn)化為能夠以極高的頻率在其邊界內(nèi)轉(zhuǎn)移任何遺傳元件的超移動平臺,側(cè)向轉(zhuǎn)導將移動遺傳元素的概念提升到遠遠超出定義的DNA元素的概念。”
這種高效的基因轉(zhuǎn)移模式的發(fā)現(xiàn)可以幫助解釋細菌的快速進化,例如,在多藥耐藥菌株的開發(fā)中。
將這一發(fā)現(xiàn)置于語境中,陳助理教授指出,“噬菌體是迄今為止地球上最豐富的生物實體,并且遺傳轉(zhuǎn)導作為微生物進化的主要驅(qū)動因素之一的重要性從未像發(fā)現(xiàn)的那樣明顯。橫向轉(zhuǎn)導。“
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