在細(xì)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(xì)菌的病毒。這些噬菌體可以通過稱為遺傳轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程將DNA從一種細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一種細(xì)菌。這被認(rèn)為是細(xì)菌進(jìn)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(dǎo)機(jī)制：廣義轉(zhuǎn)導(dǎo)和特化轉(zhuǎn)導(dǎo)。60多年來，自美國科學(xué)家和諾貝爾獎獲得者Joshua Lederberg發(fā)現(xiàn)這兩種機(jī)制以來，這兩種機(jī)制一直是遺傳轉(zhuǎn)導(dǎo)的唯一機(jī)制。

在2018年10月12日在線發(fā)表在“科學(xué)”雜志上的一篇論文中，由NUS Medicine和格拉斯哥大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報(bào)告了第三種轉(zhuǎn)導(dǎo)模式的發(fā)現(xiàn)。這種新模式被稱為側(cè)向轉(zhuǎn)導(dǎo)，似乎是迄今發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)大的轉(zhuǎn)導(dǎo)手段，具有在極高頻率下在細(xì)菌之間轉(zhuǎn)移大部分細(xì)菌染色體(數(shù)百千堿基)的能力。

當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌細(xì)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(xì)胞，導(dǎo)致新噬菌體顆粒的釋放;或2)溶原性循環(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(fù)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(jìn)行成熟并裂解宿主細(xì)胞。然后，來自(1)和(2)的釋放的噬菌體可以感染其他細(xì)菌并轉(zhuǎn)移它們的DNA，其包括來自宿主細(xì)胞的DNA。

相比之下，由NUS Medicine的助理教授John Chen領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(dǎo)。相反，噬菌體啟動DNA復(fù)制，同時它們?nèi)匀皇撬拗骰蚪M的一部分，導(dǎo)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(dǎo)致染色體DNA包裝和轉(zhuǎn)移到其他細(xì)菌，而其他噬菌體基因組切除并導(dǎo)致正常的噬菌體成熟。

在陳教授助理教授的話中，“橫向轉(zhuǎn)導(dǎo)將移動遺傳元素的概念提升到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出定義的DNA元素的概念，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。”

這種高效的基因轉(zhuǎn)移模式的發(fā)現(xiàn)可以幫助解釋細(xì)菌的快速進(jìn)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(shí)體，并且遺傳轉(zhuǎn)導(dǎo)作為微生物進(jìn)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(dǎo)。“

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