查尔莫斯理工大学的米娅·哈勒德·帕尔格伦 抗生素抗性基因向人类病原菌的转移可能比以前预期的更加无限和广泛
抗性基因可以从诸如水生环境、动物、工业和土壤等生境中的许多细菌物种中转移
学分:Jan Zrimec/Chalmers理工大学 人类的病原菌对抗生素产生耐药性的速度比预期的要快得多
现在，瑞典查尔莫斯理工大学的计算研究表明，一个原因可能是我们生态系统中的细菌和人类之间的重大基因转移
这项工作也为抗性研究者带来了新的工具
根据世界卫生组织，抗生素耐药性是全球健康、食品安全和发展的最大威胁之一
仅在欧洲，每年就有超过33，000人因此死亡
完全不同的细菌物种可以通过质粒相互传播抗性基因——细菌在染色体外储存一些基因的小DNA分子
当两个细菌细胞接触时，它们可以互相复制质粒
这被称为接合，是传播抗生素耐药性的最重要机制
查尔莫斯科技大学系统和合成生物学研究员简·斯瑞美茨说:“近年来，我们已经看到抗性基因传播到人类病原体的程度比任何人预期的都要大。”
“许多基因似乎起源于广泛的细菌种类和环境，如土壤、水和植物细菌
这很难解释，因为尽管接合非常普遍，但我们认为细菌物种之间相互转移质粒有明显的限制
质粒属于不同的移动组，或MOB组，所以它们不能在任何细菌物种之间转移
" 特定的脱氧核糖核酸区域揭示了传播的潜力 Zrimec开发了新的数据分析方法，表明基因转移可能比以前预期的更加无限和广泛
除此之外，他还开发了一种算法，可以在大量数据中识别出接合所需的特定脱氧核糖核酸区域——称为oriT区域——这些数据是由数千个质粒的脱氧核糖核酸中的遗传序列组成的
该算法还可以基于所识别的oriT区域将质粒分类成多种群
在研究中计算的一个假设网络，其中不同的环境生境由携带多个来源转移区域(oriT)的质粒连接，并且可能还有抗微生物基因
“界面”是指多个不同环境之间的界面，“盐水”是指与海水相关的栖息地，“热”是指与地热泉或通风口等栖息地，“工业”是指与食品加工或水处理设施等行业相关的栖息地
学分:Jan Zrimec/Chalmers理工大学 他使用该算法从不同类型细菌的4600多个天然存在的质粒中探索已知的基因序列，这在以前是不可能系统完成的
结果显示，除其他外: oriT地区的数量可能比目前使用的标准方法发现的数量高出近八倍
移动质粒的数量可能是以前已知的两倍
具有可移动质粒的细菌种类的数量几乎是以前已知的两倍
超过一半的质粒具有oriT区域，该区域与另一个质粒的接合酶相匹配，该另一个质粒先前已被归入不同的MOB组
这意味着它们可以通过恰好在同一细菌细胞中的质粒之一转移
最后一部分意味着在大量细菌种类和环境之间可能存在转移机制，而我们以前认为在这些环境中存在屏障
“这些结果可能意味着在人类、动物、植物、土壤、水生环境和工业中的细菌之间存在着一个强大的质粒转移网络，”兹里梅克解释道
“抗性基因在这些生态系统中的许多不同细菌中自然产生，假设的网络可能意味着来自所有这些环境的基因可以转移到导致人类疾病的细菌中
这可能是我们近年来观察到的人类病原体耐药性迅速发展的一个可能原因
我们对抗生素的广泛使用选择了抗性基因，因此这些基因可能从比我们先前估计的更大的自然发生的基因库中流入
" 描述供体细胞和受体细胞之间的质粒转移
首先，诸如松弛酶的蛋白质被表达
然后，蛋白质与转移质粒中的脱氧核糖核酸的转移区域(oriT)的起点结合，并开始转移
最后，质粒通过细胞间的临时连接转移到受体细胞中
学分:Jan Zrimec/Chalmers理工大学 可能对对抗抗生素耐药性有重要意义 这些结果需要在将来通过实验来验证，但是Zrimec开发的数据分析方法已经可以被许多在医学和生物学领域研究抗生素耐药性的研究人员所采用
它们为系统绘制不同质粒的潜在可转移性提供了强有力的新工具
“到目前为止，这一直是该研究领域的一个主要限制，”兹里默茨说
“我希望这些方法能够使抗生素耐药性的大部分研究受益，这是一个极端跨学科和碎片化的领域
这些方法可用于研究，旨在开发更有效的抗生素使用限制，如何使用抗生素的说明，以及在分子水平上防止耐药基因传播的新型物质
" 更多信息:通过接合的遗传转移: 为了开始接合，需要松弛酶
松弛酶适合质粒上的特定位置，并且必须识别和结合到一个区域，在该区域可以切割DNA环，并且可以将一条链转移到下一个细菌
这个脱氧核糖核酸区域被称为转移的起源，或oriT
以前，人们认为单个质粒必须包含松弛酶基因和匹配的oriT，才能转移到其他细菌中
但是一个细菌细胞可以包含几个质粒，近年来，研究人员已经表明，一个质粒的松弛酶可以与同一细胞中另一个质粒上的oriT区域相匹配，并激活该质粒的接合
这意味着一个质粒只有一个oriT就能偶联，这就足够了，这反过来意味着许多以前因为缺乏松弛酶基因而被归类为非移动的质粒可以偶联
但到目前为止，还不知道这种现象在细菌中有多普遍
这是斯瑞美克的研究结果帮助填补的知识空白之一
目前用于评估质粒可转移性的标准工具是基于搜索松弛酶的DNA序列或该酶可结合的oriT区域
这有几个关键的限制
首先，一些工具产生不完整的结果，而其他工具需要极其耗时和资源要求高的实验室测试
Zrimec的新数据分析方法完全是基于利用特别在oriT地区发现的特殊理化性质来识别oriT地区
通过以前的研究，他已经表明这些决定哪种松弛酶可以结合到oriT区域的理化特征比DNA序列本身更稳定和特异
这允许基于oriT区域将质粒分类到正确的MOB组，独立于松弛酶，这也允许研究人员绘制出不同细菌种类和环境之间的整体可转移性
该方法可以管理大量的数据，并且可以用于有效地搜索质粒上的全部oriT区域
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
