印第安納大學的研究人員正在報告一種以前未知的方式，即細菌可以開發(fā)新的基因來進化并適應威脅，這種洞察力可能會推動針對“超級細菌”的努力。

這項研究于今天在線發(fā)表在“當代生物學”雜志上，描述了第一個已知的證據(jù)，即細菌從他們自己最大的敵人身上竊取遺傳物質(zhì)，稱為“噬菌體”，并將其轉(zhuǎn)化為生存。噬菌體是一種致命的細菌病毒，據(jù)估計它們每兩天就會殺死世界海洋中大約一半的細菌。

“就像我們正在進行這場持續(xù)的抗細菌戰(zhàn)爭一樣，細菌正在與噬菌體或'噬菌體 - 進行持續(xù)的戰(zhàn)爭，”該研究的主要作者，IU Bloomington藝術與科學學院的博士后研究員Amelia Randich說。生物系。“我們的工作發(fā)現(xiàn)噬菌體曾經(jīng)使用的基因作為抵抗細菌的武器，現(xiàn)在被細菌用來正確生長和分裂。”

該基因是SpmX，俗稱“垃圾郵件X”。關于這個基因的知識是由該研究的資深作者，IU杰出生物學教授Yves Brun實驗室的科學家開創(chuàng)的。Randich是IU的Brun實驗室的成員。

“這項研究顯示了細菌將戰(zhàn)爭工具轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)造生命的工具的能力，”Randich補充說。“這就像看著進化將劍擊成犁頭一樣。”

這項工作推進了有關細菌如何從外部遺傳物質(zhì)中創(chuàng)造新基因的知識。在這種情況下，十億年前可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變可以幫助人們更好地控制細菌。

這種控制可以轉(zhuǎn)化為新的抗生素，或其他細菌使用的進步。例如，制藥商通常使用細菌來生產(chǎn)生物化合物，例如胰島素。還正在研究使用細菌回收塑料或?qū)щ姟?/p>

像人類病毒一樣，噬菌體將自己的遺傳物質(zhì)注入細胞，劫持受害者的??分子機器，復制自己的基因，產(chǎn)生新的病毒顆粒，打破并殺死細胞。這個過程稱為裂解，產(chǎn)生細胞死亡的有毒酶稱為溶素。

SpmX存在于細菌的Caulobacterales中，其成員長得很長，稱為莖稈。它出現(xiàn)在細菌細胞中莖稈將生長的位置，并“募集”在莖稈生長中發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)。

基于他們的分析 - 包括使用生物信息學比較細菌和噬菌體基因，并使用X射線晶體學創(chuàng)建噬菌體中SpmX和相關蛋白質(zhì)結構的3D模型 - IU研究人員發(fā)現(xiàn)SpmX與產(chǎn)生溶素的蛋白質(zhì)序列在噬菌體中的相似性。具體來說，分析發(fā)現(xiàn)，SpmX用于尋找在桿狀桿菌中生長莖的正確位置的基因部分與噬菌體用于破壞細胞的毒性溶素有關。

此外，研究小組發(fā)現(xiàn)該基因發(fā)生了變化，但只是輕微變化。位于噬菌體用于破壞細胞壁的酶的特定區(qū)域中的氨基酸已經(jīng)喪失了裂解Caulobacter中的開放細胞的能力。相反，他們似乎有助于指導SpmX未來的莖稈位置。

“即使它與噬菌體基因非常非常相似，我們發(fā)現(xiàn)Caulobacter中的特定突變 - 用于切割細菌細胞壁的蛋白質(zhì)區(qū)域 - 降低了其效率，”Brun說。

“因為序列與噬菌體中的基因密切相關，你會發(fā)現(xiàn)它具有相同的功能：切割細胞壁，”他補充說。“但相反，它的活動減少到不再殺死細菌的程度。這非常了不起。”