近日美國(guó)德州農(nóng)工大學(xué)化學(xué)工程系A(chǔ)rtie McFerrin部門的Thomas Wood教授在一項(xiàng)新研究中發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌吸收入侵病毒的異源DNA使之并入到自我調(diào)節(jié)過程的機(jī)制，揭示了自然界zui原始的一個(gè)免疫系統(tǒng)的奧秘。研究成果發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。在論文中作者詳細(xì)地描述了在數(shù)百萬(wàn)年的進(jìn)程中，細(xì)菌通過不斷地利用它們的自然界敵人病毒的DNA形成抗生素抵抗能力的機(jī)制。

    Wood解釋說：“細(xì)菌與噬菌病毒之間的斗爭(zhēng)已經(jīng)持續(xù)了數(shù)百萬(wàn)年。在這一過程中病毒總是通過一種方式——入侵到細(xì)菌細(xì)胞中并將自身整合到細(xì)菌的染色體上來實(shí)現(xiàn)自我復(fù)制。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)細(xì)菌通常會(huì)生成一份包含病毒顆粒的染色體，隨后病毒會(huì)進(jìn)行自我復(fù)制，殺死細(xì)菌。這一機(jī)制與定時(shí)炸彈非常相似。”

    然而病毒也會(huì)有失手的時(shí)候，這是因?yàn)榧?xì)菌染色體內(nèi)經(jīng)常發(fā)生隨機(jī)但卻是大量的突變。整合至細(xì)菌染色體中的病毒也可能受到突變的影響從而使其無法進(jìn)行自我復(fù)制并殺死細(xì)菌。利用這種新的多變的遺傳物質(zhì)融合機(jī)制，細(xì)菌不能戰(zhàn)勝了病毒，并且相比于未摻入病毒DNA的細(xì)菌，能夠以更快的效率不斷地繁殖。

   “在數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間里，病毒成為了細(xì)菌的正常組成部分，”Woods說：“它為細(xì)菌帶來了新技能、新基因、新蛋白、新的酶等一切的新鮮事物。細(xì)菌也在不斷地學(xué)習(xí)如何從中取益。”

   “我們發(fā)現(xiàn)利用數(shù)百萬(wàn)年來陷入染色體中的病毒DNA，細(xì)菌由此生成了一種新的免疫系統(tǒng)，形成許多新的蛋白使其能夠抵抗抗生素和其他可以氧化細(xì)胞的有害物質(zhì)，例如過氧化氫。這些細(xì)菌還獲得了一套新病毒技巧使其不會(huì)死亡或是不會(huì)快速死亡，”Woods說。

    為了了解病毒DNA對(duì)于細(xì)菌的重要意義，Wood研究小組在研究中應(yīng)用了一種大腸桿菌菌株。研究人員利用一種“酶剪切”工具除去了細(xì)菌染色體上的9個(gè)病毒片段（準(zhǔn)確地說是移除了16萬(wàn)6千個(gè)核苷酸）。當(dāng)病毒片段被成功地移除后，研究人員檢測(cè)了細(xì)菌細(xì)胞的改變情況。進(jìn)而研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌對(duì)于抗生素的敏感性顯著增強(qiáng)。

    當(dāng)Wood在大腸桿菌中對(duì)這種效應(yīng)進(jìn)行研究時(shí)，他發(fā)現(xiàn)相似的過程以大規(guī)模的、廣泛地形式發(fā)生著。在幾乎所有的細(xì)菌中都發(fā)現(xiàn)有病毒DNA，有些菌株中的病毒DNA甚至占據(jù)了染色體的20%的比例。

   “事實(shí)上有些細(xì)菌其五分之一的染色體都來自于它的敵人。在我們的研究之前，人們大多忽視了研究這20%的染色體，”Wood說：“他們認(rèn)為這些病毒DNA是靜默且無關(guān)緊要的，對(duì)細(xì)胞并沒有什么大的影響。”

    Wood說：“我們的研究*次表明我們需要專注所有的細(xì)菌，關(guān)注它們古老的病毒顆粒，以確定它們是如何影響細(xì)菌當(dāng)前具備的抵抗諸如抗生素之類事物的能力的。如果我們能夠基于這些附加的DNA找到細(xì)菌更加耐受抗生素的機(jī)制，我們或許能夠制造出新型的有效的抗生素。”

來源：生物通