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获得细菌抗生素抗性的新途径是迄今为止最有效的途径

噬菌体(或噬菌体)是感染和寄生细菌的病毒。这些噬菌体可以通过称为遗传转导的过程将DNA从一种细菌转移到另一种细菌。这被认为是细菌进化和获得抗生素抗性和毒力因子的主要手段,这些因子加速了新的和逐渐增加的致病菌株的出现。到目前为止,已知两种遗传转导机制:广义转导和特化转导。60多年来,自美国科学家和诺贝尔奖获得者Joshua Lederberg发现这两种机制以来,这两种机制一直是遗传转导的唯一机制。

在2018年10月12日在线发表在“科学”杂志上的一篇论文中,由NUS Medicine和格拉斯哥大学领导的研究小组报告了第三种转导模式的发现。这种新模式被称为侧向转导,似乎是迄今发现的最有效的转导手段,具有在极高频率下在细菌之间转移大部分细菌染色体(数百千碱基)的能力。

当噬菌体感染细菌细胞时,它通常以两种方式之一繁殖:1)裂解循环,其中噬菌体繁殖并裂解细胞,导致新噬菌体颗粒的释放;或2)溶原性循环,其中噬菌体DNA整合到宿主基因组中并与宿主基因组一起复制。在(2)中,某些刺激可以激发噬菌体DNA将其自身切割出宿主基因组(切除),与蛋白质组装成新的噬菌体颗粒(包装),进行成熟并裂解宿主细胞。然后,来自(1)和(2)的释放的噬菌体可以感染其他细菌并转移它们的DNA,其包括来自宿主细胞的DNA。

相比之下,由NUS Medicine的助理教授John Chen领导的研究人员发现,当噬菌体将切除延迟到其生命周期的晚期时,会发生侧向转导。相反,噬菌体启动DNA复制,同时它们仍然是宿主基因组的一部分,导致多个整合的噬菌体基因组。然后DNA包装可以在一些基因组上启动,导致染色体DNA包装和转移到其他细菌,而其他噬菌体基因组切除并导致正常的噬菌体成熟。

在陈教授助理教授的话中,“横向转导将移动遗传元素的概念提升到远远超出定义的DNA元素的概念,通过将基因组的部分转化为能够以极高的频率在其边界内转移任何遗传元件的超移动平台。”

这种高效的基因转移模式的发现可以帮助解释细菌的快速进化,例如,在多药耐药菌株的开发中。

将这一发现置于语境中,陈助理教授指出,“噬菌体是迄今为止地球上最丰富的生物实体,并且遗传转导作为微生物进化的主要驱动因素之一的重要性从未像发现横向转导。“

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