一項來自特拉維夫大學(xué)的新研究揭示了細(xì)菌如何中和其防御機制，從而促進(jìn)細(xì)胞間更有效的遺傳物質(zhì)傳遞。研究人員相信，這一發(fā)現(xiàn)可以顯著幫助對抗抗生素耐藥性，并推進(jìn)醫(yī)學(xué)、工業(yè)和環(huán)境應(yīng)用中的基因工程。

該研究由博士生布里婭·塞繆爾（Bruria Samuel）在特拉維夫大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院Shmunis生物醫(yī)學(xué)和癌癥研究中心的大衛(wèi)·伯斯坦（David Burstein）教授指導(dǎo)下進(jìn)行。研究還得到了伯斯坦實驗室成員卡琳·米特爾曼博士（Dr. Karin Mittelman）、希莉·克羅伊托魯（Shirly Croitoru）和瑪雅·本-海姆（Maya Ben-Haim）的貢獻(xiàn)。

細(xì)菌生存中的DNA傳遞作用

遺傳多樣性對于生物體適應(yīng)和在不斷變化的環(huán)境中生存至關(guān)重要。雖然人類和其他許多物種通過有性繁殖實現(xiàn)這一點，但細(xì)菌依賴于替代機制。其中一個關(guān)鍵方法是細(xì)胞間的直接DNA傳遞，這一過程使得細(xì)菌能夠快速交換和適應(yīng)遺傳信息。這種機制的例子包括抗生素耐藥性在細(xì)菌種群中的迅速傳播。

盡管這種DNA傳遞過程普遍存在，但它仍然有些神秘。細(xì)菌擁有復(fù)雜的設(shè)計用于摧毀外來DNA的防御系統(tǒng)，這引發(fā)了一個問題：質(zhì)粒，即攜帶遺傳物質(zhì)的載體，是如何逃避這些防御的？

研究結(jié)合接合和質(zhì)粒行為

該研究集中在接合，這是細(xì)菌DNA傳遞的主要機制。在此過程中，一個細(xì)菌通過微管連接到另一個細(xì)菌，通過這個管道傳遞稱為質(zhì)粒的遺傳物質(zhì)。伯斯坦解釋說：“質(zhì)粒是小的、環(huán)狀的雙鏈DNA分子，被分類為‘移動遺傳元件’。像病毒一樣，質(zhì)粒從一個細(xì)胞移動到另一個細(xì)胞，但與病毒不同的是，它們不需要殺死宿主細(xì)菌來完成轉(zhuǎn)移?！?/p>

由于質(zhì)粒本質(zhì)上是外來DNA，它們必須找到方法來逃避細(xì)菌的防御，以便在細(xì)胞內(nèi)生存和復(fù)制。

與抗防御系統(tǒng)相關(guān)的基因

塞繆爾開始她的研究時分析了33,000個質(zhì)粒，識別出與抗防御系統(tǒng)相關(guān)的基因，這些基因使質(zhì)粒能夠繞過細(xì)菌的防御。這些基因的位置是一個重要的發(fā)現(xiàn)。

“我識別出的抗防御系統(tǒng)的基因被發(fā)現(xiàn)在切割點附近集中，并以一種方式組織，使它們成為進(jìn)入新細(xì)胞的第一個基因，”塞繆爾指出。“這種戰(zhàn)略定位使基因在轉(zhuǎn)移后立即激活，給質(zhì)粒提供了中和受體細(xì)菌防御系統(tǒng)所需的優(yōu)勢?！?/p>

當(dāng)塞繆爾首次展示她的研究成果時，伯斯坦承認(rèn)他覺得“難以相信這樣一個現(xiàn)象以前沒有被發(fā)現(xiàn)”。經(jīng)過廣泛的文獻(xiàn)回顧，他們確認(rèn)沒有先前的研究觀察到這種模式。

質(zhì)粒逃避防御系統(tǒng)

為了測試計算結(jié)果，研究團隊進(jìn)行了實驗室實驗。他們將帶有抗生素耐藥性的質(zhì)粒引入配備了CRISPR（一種已知的細(xì)菌防御系統(tǒng)）的細(xì)菌中。這種設(shè)置使研究人員能夠觀察質(zhì)粒是否能逃避CRISPR，并賦予受體細(xì)菌耐藥性。

塞繆爾的實驗表明，抗防御基因位于DNA入口附近的質(zhì)粒成功克服了CRISPR系統(tǒng)，使細(xì)菌產(chǎn)生了耐藥性。相反，抗防御基因位于其他位置的質(zhì)粒被摧毀，細(xì)菌屈服于抗生素。

抗生素耐藥性的意義

了解抗防御基因的戰(zhàn)略定位可能促使發(fā)現(xiàn)新的抗防御系統(tǒng)，這是一個活躍的研究課題。這一發(fā)現(xiàn)也可能增強工業(yè)和研究環(huán)境中用于基因操作的質(zhì)粒設(shè)計。

“我們的研究可以有助于設(shè)計更高效的質(zhì)粒，用于工業(yè)過程中細(xì)菌的基因操作，”伯斯坦說。“雖然質(zhì)粒已經(jīng)廣泛用于這些目的，但在實驗室條件下基于質(zhì)粒的基因轉(zhuǎn)移效率遠(yuǎn)低于天然質(zhì)粒?！?/p>

潛在應(yīng)用包括設(shè)計質(zhì)粒以阻止醫(yī)院中的抗生素耐藥性基因，使土壤和水中的細(xì)菌降解污染物，或通過修改微生物群落細(xì)菌改善人類健康。

生物技術(shù)的重大突破

這項研究被譽為生物技術(shù)的重大突破。特拉維夫大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)讓公司Ramot的首席執(zhí)行官羅南·克雷茲曼博士（Dr. Ronen Kreizman）強調(diào)了其潛力。

“這項新研究在開發(fā)針對耐藥細(xì)菌的藥物、合成生物學(xué)、農(nóng)業(yè)科技和食品科技等領(lǐng)域開辟了革命性的可能性，”克雷茲曼博士說?！翱刂坪臀⒄{(diào)細(xì)菌之間遺傳物質(zhì)的傳遞能力可能成為解決環(huán)境、農(nóng)業(yè)和醫(yī)療挑戰(zhàn)的強大工具。”

通過揭示質(zhì)粒克服細(xì)菌防御機制的機制，這項研究為應(yīng)對全球挑戰(zhàn)（如抗生素耐藥性和環(huán)境可持續(xù)性）提供了創(chuàng)新解決方案。

該研究發(fā)表在《自然》雜志上。

(全文結(jié)束)

相關(guān)知識

新生兒如何有效抵御傳染?。?/a>
防御機制與身體健康的關(guān)系研究
我們的免疫健康防御系統(tǒng)是如何工作的？
亞健康是因為哪些原因，如何抵御傷害呢？
御寒可以消耗脂肪嗎 如何增加脂肪御寒
發(fā)現(xiàn)共生白色念珠菌的代謝物增強巨噬細(xì)胞的殺菌活性并防止敗血癥
空氣污染的危害有哪些?如何抵御空氣污染?
Cell Research：防御與營養(yǎng)并重：揭示母乳如何塑造嬰兒的微生物群和免疫力
做好六大防御 抵抗流產(chǎn)襲擊
Cell Research：防御與營養(yǎng)并重：揭示母乳如何塑造嬰兒的微生物群和免疫力@MedSci

網(wǎng)址: 細(xì)菌如何共享基因并抵御防御機制 http://www.u1s5d6.cn/newsview1129705.html