基因轉(zhuǎn)移使細(xì)菌適應(yīng)

巴塞爾大學(xué)Biozentrum的研究人員發(fā)現(xiàn)，巴爾通體細(xì)菌使用基因組編碼的馴化病毒有效地交換基因。正如Cell Systems發(fā)表的研究結(jié)果所表明的那樣，遺傳物質(zhì)的交換只發(fā)生在具有高水平適應(yīng)性的細(xì)菌之間。病原體之間的基因轉(zhuǎn)移可防止遺傳缺陷的積累，促進(jìn)有益基因突變的傳播，從而保持細(xì)菌的適應(yīng)性。

巴爾通體是可導(dǎo)致人類多種傳染病的細(xì)菌，如貓抓病。為了防止在感染周期中突變的累積，病原體需要有效的DNA修復(fù)機(jī)制。因此，細(xì)菌群體內(nèi)完整基因的共享起著重要作用，因?yàn)榭梢韵驇?kù)中的錯(cuò)誤并使遺傳物質(zhì)保持新鮮。

與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院合作，巴塞爾大學(xué)Biozentrum的Christoph Dehio教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，為了有效地交換基因，Bartonella使用病毒樣顆粒，即所謂的基因轉(zhuǎn)移劑。他們還證明受損細(xì)菌被排除在這種基因轉(zhuǎn)移過(guò)程之外，因此有害遺傳物質(zhì)在種群中傳播的可能性要小得多。

使用馴養(yǎng)病毒進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移

基因轉(zhuǎn)移劑是噬菌體的衍生物，是攻擊細(xì)菌的病毒。然而，除了噬菌體包裝他們自己的基因組，他們包裝細(xì)菌基因組的隨機(jī)片段并將其轉(zhuǎn)移到其他細(xì)菌。使用這些家養(yǎng)的噬菌體，細(xì)菌群可以有效地交換DNA片段。然而，這種類型的基因轉(zhuǎn)移價(jià)格很高：產(chǎn)生基因轉(zhuǎn)移劑的細(xì)菌群體的比例在釋放顆粒時(shí)死亡。但是，存活細(xì)菌群體占據(jù)基因片段的優(yōu)勢(shì)是什么?

隨著細(xì)菌種群的增長(zhǎng)，細(xì)菌會(huì)定期分裂。對(duì)于每個(gè)細(xì)胞分裂，將基因組復(fù)制并傳遞給兩個(gè)子細(xì)胞。在這個(gè)循環(huán)過(guò)程中，錯(cuò)誤會(huì)定期發(fā)生。只有有效的修復(fù)機(jī)制，包括交換完美的遺傳物質(zhì)，才能防止遺傳畸變的積累。簡(jiǎn)而言之：遺傳物質(zhì)保持新鮮。

“基因轉(zhuǎn)移劑的進(jìn)一步發(fā)展優(yōu)勢(shì)是新的遺傳物質(zhì)在整個(gè)細(xì)菌群體中的傳播，賦予它新的特性。這也可能包括抗生素抗性，”Dehio解釋說(shuō)。但另一方面，細(xì)菌的這種生存優(yōu)勢(shì)意味著對(duì)人類的威脅。

只有最適合的細(xì)菌才能轉(zhuǎn)移基因

長(zhǎng)期以來(lái)一直未知的是如何使用基因轉(zhuǎn)移劑在細(xì)菌之間交換遺傳物質(zhì)以及如何調(diào)節(jié)它。在他們的研究中，Dehio的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)全面確定了所涉及的組件。特別是，壓力信號(hào)是這個(gè)過(guò)程中的關(guān)鍵參與者。只有處于良好狀態(tài)的細(xì)菌才能交換遺傳物質(zhì)，而由于不利的基因突變而受到強(qiáng)調(diào)的細(xì)菌不會(huì)轉(zhuǎn)移基因。

“換句話說(shuō)，只有人群中最適合和遺傳上最有希望的細(xì)菌才能分裂和交換遺傳物質(zhì)。在遺傳上削弱了細(xì)菌，因此這種機(jī)制被關(guān)閉了，”該研究的第一作者M(jìn)aximeQuébatte說(shuō)。

共享完整的遺傳物質(zhì)賦予細(xì)菌群體中最適合的部分持久存留在宿主中并成功傳遞到新宿主。反過(guò)來(lái)，這些知識(shí)可用于制定新策略來(lái)對(duì)抗由病原體巴爾通體引起的感染。

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