致命病原体的快速进化：霍乱细菌一口气可盗取多达150个基因

时间：2021-08-19 12:52:06 来源：

霍乱弧菌细菌在生物表面上形成致密的生物膜，从而促进了细菌间杀伤和水平基因转移。

EPFL科学家发现像霍乱病原体这样的掠食性细菌可以一次从邻居那里窃取多达150个基因。该研究揭示了水平基因转移的最基本机制之一。

在2015年，由Melanie Blokesch领导的EPFL研究人员发表了一篇开创性的论文，表明造成霍乱的细菌霍乱弧菌使用弹簧枪来刺伤附近的细菌并窃取其DNA。他们确定了长矛机制为所谓的“ VI型分泌系统”或T6SS，也用于许多其他细菌的细菌间竞争。

霍乱弧菌利用其T6SS与水生环境中的其他细菌竞争并获得新的遗传物质，病原体吸收并交换其自身基因组的某些部分。这种“水平基因转移”模式导致快速进化和病原体出现。自1817年以来，霍乱病原菌已引起七次霍乱大流行，根据世界卫生组织目前的数据，每年仍然有10万人丧生，另有400万人感染霍乱，主要是在贫穷或不发达国家。

现在，Blookesch的小组发现了霍乱弧菌一次攻击就可以窃取的DNA范围：超过150,000个核酸碱基对，或一次大约150个基因（霍乱细菌总共携带约4,000个基因）。研究人员通过对从附近细菌中窃取DNA之前和之后的近400种霍乱弧菌菌株的整个基因组进行测序，计算出了这个数字。

以前的研究试图通过喂给它们大量纯化的DNA来确定有多少DNA感受态细菌可以吸收并整合入其基因组。但是，这不能反映细菌生存和运行的自然条件，因为环境中缺少很长的游离DNA。霍乱弧菌的T6SS介导的DNA窃取使细菌能够获取新鲜释放的长DNA片段。这种细菌的行为与细菌通常生活在海洋和河口的几丁质表面（例如贝壳）紧密相关。

为了解决这个问题，EPFL研究人员在几丁质共培养中研究了两种无关的（“非克隆”）霍乱弧菌菌株。这使他们能够在更自然的条件下确定两种菌株之间DNA交换的频率和程度。

该研究由博士领导。学生NoémieMatthey发现，带有功能性和几丁质诱导性T6SS系统的霍乱弧菌菌株比不携带细菌的霍乱弧菌能更有效地转移DNA。捕食性细菌从其被杀死的猎物中获得了较大的基因组区域-多达上述150,000个碱基对。

作者得出结论，霍乱弧菌的环境“生活方式”使具有足够编码能力的遗传物质交换能够显着加速细菌的进化。

Blokesch说：“这一发现与细菌进化非常相关。”“这表明环境细菌可能共享一个共同的基因库，这可能使其基因组具有高度的灵活性，并且微生物易于快速适应”。

参考：NoémieMatthey，Sandrine Stutzmann，Candice Stoudmann，Nicolas Guex，Christian Iseli，Melanie Blokesch于2019年9月3日在eLife.DOI：“与自然能力相关的邻居掠夺促进霍乱弧菌大基因组区域的转移”
10.7554 / eLife.48212

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