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单基因让细菌从宿主跳到宿主

  单基因让细菌从宿主跳到宿主

  2009年2月2日

  所有的生命 - 植物,动物,人 - 都依赖于与一群微生物生命的和平共处,这些微生物生命通过帮助将食物转化为能量以防止疾病来提供重要的服务。

  现在,在鱿鱼的帮助下,使用发光细菌制造捕食者愚弄的光器官和鱼,使用不同种类的细菌如手电筒来照亮它所居住的珊瑚礁的黑暗角落,科学家们发现,获得单个基因足以让微生物转换宿主动物。

  本周(2月1日)威斯康星大学麦迪逊分校科学家小组在“自然”杂志上报道的这一发现非常重要,不仅因为它揭示了细菌如何进化到不同动物身上的一些神秘感,也因为它揭示了一个遗传压力点,可以操纵,以阻止导致我们生病的细菌。

  “看起来我们所知道的每种动物都有与之相关的微生物,”该研究的主要作者,威斯康星大学麦迪逊医学与公共卫生学院的博士后研究员Mark J. Mandel说。 “我们从环境中挑选出我们的微生物合作伙伴,他们为我们提供了大量的服务,从帮助消化到预防疾病。”

  在太平洋地区,一种被称为费氏弧菌(Vibrio fischeri)的细菌与两种不同的寄主生活在一起:小型的夜间短尾鱿鱼和栖息在珊瑚礁中的松果鱼。在靠近海洋表面的夜间喂食的鱿鱼中,一株细菌形成了一个模仿月光的光器官,起到了隐形装置的作用,使鱿鱼免受下面饥饿的捕食者的伤害。在松果鱼中,另一种细菌菌株在动物的下颚内放置一个光器官并帮助照亮它在夜间觅食的黑暗珊瑚礁。鱼光器官也可以起到吸引浮游动物的作用。松果鱼的菜单。

  但是,单一种类的细菌如何与这些不同的宿主达成协议?

  在UW-Madison微生物学家Ned Ruby实验室工作,Mandel和他的同事们研究了两种不同的费氏弧菌菌株的基因组,发现大部分细菌的遗传结构在数百万年的进化过程中得到了保护。历史,但有一个关键的区别:鱿鱼定植的菌株有一个调节基因,控制其他基因,奠定生物膜,允许微生物殖民动物的光器官。

  相关故事物理学家识别致命细菌用于抵御抗生素的简单机制研究人员发现肠道细菌和宿主之间的种间交流基因治疗恢复了先天性遗传性耳聋小鼠的听力“在鱿鱼定植期间,这种调节基因开启了一系列允许细菌定居的基因鱿鱼通过动物产生的粘液,“曼德尔解释道。 “粘液是通向光器官的途径,但它也有助于阻止坏人。”

  曼德尔解释说,这两种细菌都具有相同的基因,这些基因可以产生细菌在其宿主中建立所需的生物膜。但是,生活在松果鱼中的菌株缺乏使其他生物膜基因运转的调节基因,动物科学家认为,当鱿鱼家族进入鱿鱼家族之前它进入鱿鱼光器官时,它首先被V. fischeri定植。

   至少在3000万年前的太平洋现场。

  “监管基因进入了细菌的谱系,并允许它将其宿主范围扩大到鱿鱼中,”Mandel表示,“该论文的底线信息是,细菌可以通过小规模修改其能力来改变宿主范围变化。”

  Ruby指出,这种细菌获得的调控基因本质上是一种有机体用来激活一组基因的开关,这些基因一直静止地存在于V. fischeri基因组中。他说,这种机制非常可能在许多其他细菌中起作用,包括那些感染人类并导致疾病的细菌。

  “这将引发一个长期存在于发病机制领域的问题,”Ruby说。一种思路是“为了成为病原体,需要将一整套基因导入细菌中。”

  然而,他的研究小组的新发现表明,自然界更加简约:不需要生物体获得许多新基因来占据新宿主,新调节基因和已经存在于细菌中的基因的组合足以做的伎俩。

  “他们可以共同完成他们以前无法做到的事情。他们可以混合搭配,开辟新的利基,”Ruby说。

  已知调节基因在允许生物体适应新宿主中起关键作用可能在人类医学中有用,因为许多细菌病原体在感染人类之前首先在其他动物中产生。威斯康星州的科学家说,单个基因可以成为更容易预防或减轻感染的药物或其他干预措施的目标。

  出处:http://www.wisc.edu/

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