防止不必要的基因转移的新方法

大家好，今日小科来聊聊一篇关于防止不必要的基因转移的新方法的文章，现在让我们往下看看吧！

这个过程被称为水平基因转移，它允许细菌将DNA片段传递给它们的同伴。在某些情况下，这些基因可以整合到受体的基因组中，并传递给下一代。

麻省理工学院生物系格罗斯曼实验室研究了一种叫做整合与结合元件(ICs)的移动DNA。虽然ICE含有可能对受体细菌有益的基因，但也有一个受体。ICE的副本很浪费，可能是致命的。生物学家最近发现了一种新的系统，通过这种系统，特定的ICE，ICE 1，可以防止供体细菌提供第二个潜在的致命拷贝。

该研究的部门负责人、资深作者艾伦格罗斯曼(allen gross Mann)说：“了解这些元素是如何工作的，以及它们是如何被调控的，将使我们能够识别驱动微生物进化的因素。“这些研究成果不仅能让我们知道细菌是如何防止不必要的基因转移的，还能让我们最终设计出对我们有利的这个系统。”

这项研究发表在7月30日的《在线分子微生物学》上，前研究生莫尼卡阿韦洛(Monika Avello)和现任研究生凯瑟琳戴维斯(Catherine Davis)是该研究的共同第一作者。

制约与平衡

尽管质粒可能是最著名的水平转移培养基，但ICE不仅在大多数细菌物种中超过质粒，而且携带自己的工具离开供体，进入受体并整合到受体的染色体中。一旦供体细菌与受体接触，ICE编码的机器就可以通过微小的通道将ICE的DNA从一个细胞泵送到另一个细胞。

为了水平转移，必须克服物理障碍，特别是在所谓的革兰氏阳性菌中，尽管没有广泛研究，但其细胞壁比革兰氏阴性菌厚。根据戴维斯的说法，转移机器基本上必须“穿透”受体细胞。她说：“如果那个细胞已经含有一组带有特定基因的ICE，对受体来说，这是一个困难的过程，也是一种能量的浪费。

当然，ICE是“自私的DNA”，尽可能广泛地传播，但为了做到这一点，它不能干扰宿主细胞的生存能力。正如Avello解释的那样，ICE不能在没有一些制衡的情况下传播他们的DNA。

“在一种情况下，这种转移是以细菌为代价的，或者对细胞没有意义，”她说。"这项研究开始探索何时、为何以及如何停止ICE的转移."

格罗斯曼实验室在革兰氏阳性枯草芽孢杆菌中发挥了作用，此前发现了两种机制，通过这两种机制，ICEBs1可以在致命之前防止多余的转移。第一个细胞间信号转导涉及受体细胞中ICE的释放，这禁止了供体转移机器的组装。第二种免疫，如果复制体已经在细胞中，启动并阻止复制体整合到染色体中。

然而，当研究人员试图同时消除两个故障安全设备时，细菌仍然试图防止重复，而不是像他们预期的那样重新安装ICE传输。ICEBs1似乎有第三种阻断策略，但可能是什么呢？

第三个策略

在这项最新的研究中，他们将这种神秘的阻断机制确定为一种“进入排斥”，即受体细胞中ICE编码的分子机制，它在物理上阻止了第二个拷贝破坏细胞壁。根据Avello的说法，科学家观察到可以排除其他移动遗传因素，但这是第一次有人从革兰氏阳性菌中看到这种现象。

格罗斯曼实验室确定，这种排除机制可归因于两种关键蛋白质。Avello鉴定出第一个蛋白YddJ，它在受体细菌中由ICEBs1表达，在细胞外形成“保护涂层”，阻止第二个ICE进入。

但生物学家仍然不知道YddJ阻断了哪台转移机，于是戴维斯进行了筛选和各种基因操作，确定了YddJ的靶点。事实证明，YddJ阻断了另一种叫做“聪”的蛋白质，这可能是供体和受体细菌之间转移通道的一部分。戴维斯惊讶地发现，虽然革兰氏阴性ICE编码的蛋白质与丛微非常相似，但革兰氏阴性YddJ的等价物实际上有很大不同。

她说：“这只是表明，你不能假设像ICE 1这样的革兰氏阳性ICE中的转移机制与研究充分的革兰氏阴性ICE中的转移机制相同。

该团队得出结论，ICEBs1必须有三种不同的机制来防止重复传播：他们之前发现的两种机制加上这种新的机制，不包括它。

细胞间的信号允许细胞将消息传播给它们的邻居，因为它已经有了一份冰1的拷贝，所以不需要费心组装传输机。如果失败，排斥物质阻止转移机器穿透受体细胞。如果证明不成功，第二个拷贝进入受体，免疫将开始，并防止第二个拷贝整合到受体的染色体中。

格罗斯曼说：“每个机制采取不同的步骤，因为没有一个是100%有效的。“这就是为什么有许多种机器

制会有所帮助的原因。”

他补充说，他们还不知道这种传输机制的所有细节，但他们确实知道YddJ和ConG是关键角色。

“对ICEBs1排除系统的初步描述代表了第一份报告，该报告提供了对革兰氏阳性细菌排除的机制见解，以及在任何结合系统中排除的少数机械研究之一，”微生物学教授Gary Dunny说。明尼苏达大学没有参与该研究的免疫学。“这项工作在医学上具有重要意义，因为ICE可携带”货物“基因，例如那些赋予抗生素抗性的基因，也对我们对水平基因转移系统及其进化方式的基本了解具有重要意义。”

随着研究人员继续探索这种阻断机制，有可能利用ICE排除来设计具有特定功能的细菌。例如，他们可以设计肠道微生物组并引入有益基因来帮助消化。或者，有一天，它们可能阻止水平基因转移以对抗抗生素抗性。

“我们曾怀疑革兰氏阳性ICE可能被排除在外，但在此之前我们没有证据，”Avello说。现在，研究人员可以开始推测致病革兰氏阳性物种如何控制整个细菌群体中ICE的运动，可能会对疾病研究产生影响。

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