印第安纳大学的研究人员正在报告一种以前未知的方式，即细菌可以开发新的基因来进化并适应威胁，这种洞察力可能会推动针对“超级细菌”的努力。
这项研究于今天在线发表在“当代生物学”杂志上，描述了第一个已知的证据，即细菌从他们自己最大的敌人身上窃取遗传物质，称为“噬菌体”，并将其转化为生存。噬菌体是一种致命的细菌病毒，据估计它们每两天就会杀死世界海洋中大约一半的细菌。
“就像我们正在进行这场持续的抗细菌战争一样，细菌正在与噬菌体或'噬菌体 - 进行持续的战争，”该研究的主要作者，IU Bloomington艺术与科学学院的博士后研究员Amelia Randich说。生物系。“我们的工作发现噬菌体曾经使用的基因作为抵抗细菌的武器，现在被细菌用来正确生长和分裂。”
该基因是SpmX，俗称“垃圾邮件X”。关于这个基因的知识是由该研究的资深作者，IU杰出生物学教授Yves Brun实验室的科学家开创的。Randich是IU的Brun实验室的成员。
“这项研究显示了细菌将战争工具转变为创造生命的工具的能力，”Randich补充说。“这就像看着进化将剑击成犁头一样。”
这项工作推进了有关细菌如何从外部遗传物质中创造新基因的知识。在这种情况下，十亿年前可能发生的转变可以帮助人们更好地控制细菌。
这种控制可以转化为新的抗生素，或其他细菌使用的进步。例如，制药商通常使用细菌来生产生物化合物，例如胰岛素。还正在研究使用细菌回收塑料或导电。
像人类病毒一样，噬菌体将自己的遗传物质注入细胞，劫持受害者的分子机器，复制自己的基因，产生新的病毒颗粒，打破并杀死细胞。这个过程称为裂解，产生细胞死亡的有毒酶称为溶素。
SpmX存在于细菌的Caulobacterales中，其成员长得很长，称为茎秆。它出现在细菌细胞中茎秆将生长的位置，并“募集”在茎秆生长中发挥作用的蛋白质。
基于他们的分析 - 包括使用生物信息学比较细菌和噬菌体基因，并使用X射线晶体学创建噬菌体中SpmX和相关蛋白质结构的3D模型 - IU研究人员发现SpmX与产生溶素的蛋白质序列在噬菌体中的相似性。具体来说，分析发现，SpmX用于寻找在杆状杆菌中生长茎的正确位置的基因部分与噬菌体用于破坏细胞的毒性溶素有关。
此外，研究小组发现该基因发生了变化，但只是轻微变化。位于噬菌体用于破坏细胞壁的酶的特定区域中的氨基酸已经丧失了裂解Caulobacter中的开放细胞的能力。相反，他们似乎有助于指导SpmX未来的茎秆位置。
“即使它与噬菌体基因非常非常相似，我们发现Caulobacter中的特定突变 - 用于切割细菌细胞壁的蛋白质区域 - 降低了其效率，”Brun说。
“因为序列与噬菌体中的基因密切相关，你会发现它具有相同的功能：切割细胞壁，”他补充说。“但相反，它的活动减少到不再杀死细菌的程度。这非常了不起。”