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科学家发现细菌可以“爆炸”以传播抗生素耐药性
发布日期:2026-04-30 14:46    点击次数:72

细菌比我们想象的更聪明,它们甚至学会了用自杀来帮助同伴。

英国约翰·因尼斯中心的研究团队在《自然微生物学》上发表了一项新发现:细菌会主动让自身细胞破裂,借此释放携带DNA的微小颗粒,将基因传递给周围的同类,其中就包括赋予抗生素耐药性的基因。更出人意料的是,驱动这一过程的机制,竟然源自细菌自身的“免疫系统”。

这项发现为理解抗菌素耐药性的扩散提供了一个全新的视角。

古老病毒变成了基因快递员

要理解这个故事,先得认识一种叫做基因转移剂的东西,英文缩写GTA。

GTA的外形看起来和噬菌体极为相似,也就是那种专门感染细菌的病毒。但它不是病毒,或者更准确地说,它曾经是病毒,在漫长的演化过程中被细菌彻底驯化,变成了一种专门用来传递DNA的内部快递系统。

这个快递系统的工作方式是这样的:GTA颗粒从宿主细菌细胞中打包一小段DNA,然后被释放到外部环境,随后进入附近的其他细菌细胞,完成基因转移。这种横向基因转移不需要细菌繁殖,不需要亲代关系,就可以在不同个体之间快速共享性状,包括那些让细菌对抗生素产生耐药性的关键基因。

GTA的存在本身并不是新发现。让科学家们长期困惑的是一个关键环节:这些颗粒是如何从细菌细胞里出来的?细菌细胞有坚固的细胞壁和细胞膜,GTA颗粒要逃出去,必须有某种机制打开这道屏障,也就是让细胞发生裂解,通俗地说,就是让细胞“爆炸”。

这道门背后是什么,一直没有答案,直到这项研究。

研究团队以模式生物新月柄杆菌为研究对象,采用基于深度测序的全基因组筛选方法,系统搜索与GTA活性相关的基因。他们最终找到了一个由三个基因组成的控制中枢,命名为LypABC。

实验验证的结果非常清晰。当研究人员删除LypABC基因后,细菌细胞无法再裂解,GTA颗粒被困在细胞内无法释放。反过来,当人为过度激活LypABC时,大量细菌细胞发生裂解,GTA颗粒大规模释放。LypABC就是控制细菌“自爆”传基因这整个过程的开关。

免疫系统被劫持,用来对抗人类

发现LypABC已经足够令人兴奋,但更让研究者惊讶的是它的身份。

当研究团队分析LypABC的蛋白质结构时,他们发现它与细菌的抗噬菌体免疫系统高度相似,包含通常用于识别和对抗病毒入侵的蛋白质结构域。换句话说,这是一套原本被设计用来防御病毒的系统,被细菌重新用来释放病毒样颗粒、传播自己的DNA。

这种演化上的“功能劫持”在生物学中并不罕见,但每一次被发现,都让研究者重新感受到生命系统的可塑性有多强。该研究第一作者、约翰·因尼斯中心研究员艾玛·班克斯博士直言:“LypABC看起来像免疫系统,但细菌却利用它释放GTA颗粒,这表明免疫系统可以被重新利用,帮助细菌共享DNA,而这一过程可能促进抗生素耐药性的传播。”

这个细节让LypABC在抗耐药性研究中的意义变得更加复杂,也更加值得深入追问。

研究还发现了一种调控蛋白,负责对LypABC实施严格管控。这种控制机制至关重要,因为LypABC一旦失调,对细菌本身的毒性极强,细胞会大规模死亡。这说明细菌在演化出这套“自爆传基因”机制的同时,也同步演化出了精密的安全阀,确保这个过程可以被精确控制,而不会失控伤及整个群体。

抗菌素耐药性目前是全球最严峻的公共卫生威胁之一。世界卫生组织的数据显示,每年有超过100万人直接死于耐药细菌感染,预测数字在未来几十年将持续上升。理解耐药基因如何在细菌之间传播,是开发新型干预手段的前提。

LypABC的发现提供了一个潜在的干预靶点。如果能够设计出阻断这个控制中枢的药物或策略,就有可能在源头上切断耐药基因通过GTA途径扩散的通路。研究团队的下一步,正是深入解析LypABC如何被激活,以及它如何在分子层面精确控制细胞裂解的时机和程度。

从古老病毒到基因快递员,从免疫防御到传播耐药,细菌的演化创造力,远超我们的预期。



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