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编译服务: 人类遗传资源和特殊生物资源流失 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn 编译时间: 2019-2-6 点击量: 222

为了适应不断变化的环境,细菌有许多众所周知的技巧,比如突变和彼此分享DNA片段。研究较少的是一种机制,这种机制允许细菌通过微调其特定基因或途径的使用来对冲环境快速变化的风险,这一过程被称为“阶段变异”。

相位变异通过一种独特的细菌启动子家族和其他基因调节DNA片段(称为逆变子)发挥作用,这种DNA片段可以在物理位置上来回翻转。当面向前方(相对于周围的DNA)时,这些可逆元素会激活附近的基因;但人们对逆转录酶在细菌世界中的分布范围、它们控制哪些细菌的功能以及个体不同的生理构成是否会影响哪些逆转录酶细菌的开启或关闭知之甚少。

写在科学、领导的研究小组的研究人员广泛的传染病和微生物项目(IDMP),马萨诸塞州综合医院,以及麻省理工学院微生物信息和治疗中心(CMIT)报告,invertons出现在各种各样的细菌,使invertons促进抗生素耐药性的情况,表明他们可能帮助细菌适应和开拓新的主机。

研究小组指出,逆转录酶基因很常见,尤其是在人类肠道中发现的细菌种类中。许多细菌通过控制它们在表面显示的蛋白质和其他分子来调节它们与宿主的免疫系统和周围环境的其他方面的相互作用。

它们似乎对细菌细胞的环境也有反应。例如,对来自微生物组移植的肠道细菌的调查显示,许多逆转录子在定植受体时改变了方向,进一步支持了环境适应作用。

被称为逆转录酶的酶帮助逆转录酶在“开启”和“关闭”的位置之间转换,控制抗生素耐药性和其他基因。(江小芳、布兰特利厅提供)

此外,研究小组还发现了许多调节抗生素耐药基因的逆转录子,它们的“开”与“关”的比例在药物暴露后发生了显著变化。在这种背景下,他们的数据开始呈现出一幅图景。在一群细菌中,在大多数细胞中,负责监督耐药性基因的逆转录酶处于“关闭”状态。(抗生素耐药性基因通常会影响蛋白质生产等重要功能,因此细菌在大多数时候会阻止这些基因的产生。)然而,逆变子将在少数细胞中“开启”,使它们具有耐药性。

暴露在抗生素环境中可以消灭大部分细菌,但这一小部分可以补充种群。抗生素用完后,随着时间的推移,大部分细胞的逆转录酶就会关闭。

在他们的研究中,研究人员检查了美国国家生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information)储存的近5.5万个细菌基因组的序列数据,使用一种名为“相位查找器”(PhaseFinder)的定制算法来寻找逆转录子的基因组特征,随后进行了实验室研究。他们还从接受微生物组移植的病人身上取样。

总的来说,研究小组的结果指出了逆转录酶在管理细菌和它们的宿主如何共存,以及潜在地促进抗生素耐药性上升方面所起的许多作用——这些发现值得进行更深入的研究。

该研究由博士后科学家江晓芳和Brantley Hall,研究所成员Eric Alm和IDMP的核心成员Ramnik Xavier领导。Alm和Xavier也共同指导CMIT。

本研究由美国国家糖尿病消化与肾脏疾病中心、美国国家补充与整合健康中心、美国麻省理工学院微生物组信息学与治疗中心等机构提供支持。

 

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