來源：生物谷原創(chuàng) 2023-08-08 09:30
在一項新的研究中，來自新加坡國立大學和英國帝國理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)了細菌傳播它們的基因的一種新方式，這種方式使細菌的進化速度遠遠超過了人們以前的理解。這一新見解可能有助于科學家們更好地理解致病細菌如
在一項新的研究中，來自新加坡國立大學和英國帝國理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)了細菌傳播它們的基因的一種新方式，這種方式使細菌的進化速度遠遠超過了人們以前的理解。這一新見解可能有助于科學家們更好地理解致病細菌如何進化并變得毒性越來越強、對抗生素越來越耐藥。相關研究結果發(fā)表在2023年8月3日的Cell期刊上，論文標題為“Dual pathogenicity island transfer by piggybacking lateral transduction”。論文通訊作者為新加坡國立大學醫(yī)學院微生物學與免疫學系助理教授John Chen博士和帝國理工學院傳染病系教授José R. Penadés博士。
共享遺傳物質的能力是微生物進化的主要驅動力，因為它可以在瞬間將良性細菌轉化為致命的病原體。作為感染細菌的病毒，噬菌體可以作為管道，通過一種稱為基因轉導（genetic transduction）的過程，使基因從一個細菌轉移到另一個細菌。
目前，已知的轉導機制有三種：普遍性轉導（generalized transduction）、局限性轉導（specialized transduction）和側向轉導（lateral transduction）。側向轉導也是由同一組研究人員在 2018 年發(fā)現(xiàn)的（Science, 2018, doi:10.1126/science.aat5867，詳細報道參見生物谷新聞：Science：重磅！發(fā)現(xiàn)第三種迄今為止最為有效的細菌抗生素耐藥性獲得途徑---側向轉導），其效率至少是下一個最強大的轉導機制---普遍性轉導---的1000倍。
這種新的轉導過程被稱為側向共轉導（lateral cotransduction），這種細菌進化新頻率和速度背后的設計師是金黃色葡萄球菌致病性島（Staphylococcus aureus pathogenicity island, SaPI）。SaPI是一種利用和寄生噬菌體的自私DNA元件，通常被發(fā)現(xiàn)整合在金黃色葡萄球菌分離株的染色體中。
金黃色葡萄球菌是一種可導致人類和動物感染葡萄球菌的細菌。雖然它主要表現(xiàn)為皮膚感染，但如果擴散到血液中并感染器官、骨骼或關節(jié)，就會危及生命。
Penadés說，“這一突破揭示了細菌進化的新途徑。鑒于抗生素耐藥性超級細菌的激增令人震驚，理解驅動細菌進化的機制變得越來越重要。”
這種新發(fā)現(xiàn)的轉導過程---側向共轉導---在效率上可與側向轉導相媲美，但在多功能性和復雜性上卻超過了后者。據(jù)了解，側向轉導只發(fā)生在細菌基因組中的休眠噬菌體被重新激活并在溶菌周期（lytic cycle）中開始增殖的時候，而側向共轉導則可能發(fā)生在休眠噬菌體重新激活過程和感染新細菌細胞的過程中。
此外，與犧牲自身基因來傳遞細菌宿主 DNA 的噬菌體不同，SaPI可以通過側向共轉導將自身與細菌 DNA 完全完整地傳遞。這種非凡的能力使它們能夠永久地重復這一過程，從而大大提高了傳播細菌基因的效力和效率。
圖片來自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.07.001。
Chen說，“通過這項新的研究，我們證實細菌的進化速度比我們想象的要快得多。雖然基因轉導一直是噬菌體的專屬領域，但具有諷刺意味的是，我們的研究顯示，地球上最多產的寄生物（噬菌體）很可能是目前已知的最強大、最高效的轉導劑?！?/p>
新加坡國立大學醫(yī)學院副院長Chng Wee Joo教授說，“這一突破性發(fā)現(xiàn)將影響我們對細菌如何通過基因轉移進化的理解，以及它們對細菌感染和疾病的潛在影響。這項新的研究也是臨床安全治療決策的重要依據(jù)?！?/p>
超級細菌的崛起呼喚著治療抗生素耐藥菌株的新方法。噬菌體療法就是近年來備受關注的一種方法，它利用噬菌體消滅感染和疾病中的有害細菌。然而，一些治療性噬菌體不僅能消滅細菌，還可能在不知情的情況下成為SaPI或其他能夠側向共轉導的相關序列元件的幫兇。
Penadés說，“這一過程也可能發(fā)生在其他一系列細菌物種中。這一突破性發(fā)現(xiàn)標志著我們對細菌進化的理解發(fā)生了革命性變化，并將極大地影響我們抗擊抗生素耐藥性的方式?！?/p>
Chen說，“它們（噬菌體）可以在短期內被用來消滅細菌，但從長遠來看，最終會將有害基因傳播到其他細胞，這可能被證明是災難性的。有了這種了解致病生物進化機制的新方法，治療性噬菌體在用于治療之前必須經過仔細審查。”（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
Melissa Su Juan Chee et al. Dual pathogenicity island transfer by piggybacking lateral transduction. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.07.001.
