对细菌免疫系统的新见解

发布时间：2023-03-09 18:39:38 栏目：生活

导读 基尔大学的一个研究小组描述了细菌中一种未知的防御机制，该机制选择性地抵御外来和潜在有害的遗传信息。自冠状病毒大流行以来，细菌或病毒

基尔大学的一个研究小组描述了细菌中一种未知的防御机制，该机制选择性地抵御外来和潜在有害的遗传信息。



自冠状病毒大流行以来，细菌或病毒等微生物特别快速的进化适应性已成为公众关注的焦点。例如，当病毒发展出感染新宿主生物的能力或细菌产生抗生素耐药性时，从其他微生物吸收新的遗传信息使它们能够快速表达进化上有利的性状。

例如，细菌通过称为水平基因转移的过程吸收外源DNA，这比代代相传的垂直遗传要快得多。

然而，每个生物体也因获取外来遗传信息而面临风险，因为例如，如果重要基因因整合到其自身的染色体中而受损，则可能会造成危险，从而对整个生物体造成重大不利影响。因此，细菌已经发展出许多机制，保护它们不吸收有害的DNA。许多涉及的分子过程是近年来发现的，导致最近创造了“细菌免疫系统”一词。

现在，基尔大学普通微生物研究所微生物生物化学和细胞生物学小组的一个研究小组阐明了一种新防御机制的功能，该机制可以识别并在必要时分解细菌细胞中称为质粒的某些独立和可移动的DNA结构，同时区分有用和有害的遗传信息。

以谷氨酸棒状杆菌为例，研究人员表明，所谓的Mks蛋白系统具有一种额外的元素，可以与质粒DNA结合并将其切割开来。由Marc Bramkamp教授领导的基尔科学家在核酸研究中发表了他们的新结果。

用于DNA组织的蛋白质也可以防御质粒

质粒是小的，通常是环形的双链DNA分子，可以独立于宿主细胞中的染色体进行复制。它们在细菌的生态和进化中起着重要作用，因为它们是横向基因转移的重要载体，能够快速转移遗传信息，从而表达选择优势。原则上，所有细菌甚至可以跨物种相互交换质粒。

这通过称为共轭的转移机制直接从细菌到细菌发生。有利和不利的质粒都利用细菌细胞之间的这种桥从一种细菌切换到另一种细菌。

“到目前为止，细菌生物体如何处理来自新转移质粒的外源DNA的研究很少，”Bramkamp研究小组的博士生Manuela Weiß指出。“在以前的研究中，我们已经研究了通常参与细菌细胞中DNA组织的系统，除其他外，确保将遗传信息包装成染色体的压缩形式，”Weiß继续说道。

在这种情况下，研究小组获得了初步迹象，即谷氨酸梭菌具有两个这样的系统，其中一个不参与染色体的组织，但可以阻止某些质粒的增殖，尽管负责这种情况的机制以前是未知的。

现在，基尔研究人员与巴黎巴斯德研究所的Anne Marie Wehenkel博士领导的专家一起，在一项结构研究中发现了Mks系统的DNA剪刀。“我们能够通过实验证明，Mks系统的这种新亚基形成了一种特定的蛋白质，即所谓的核酸酶，可以切割DNA。该元件的任务是降解质粒，以使有害DNA远离细菌细胞，而Mks系统的其他组分对于质粒DNA的识别很重要，“Weiß说。

区分有用质粒和有害质粒

研究人员随后继续观察，即Mks系统显然只降解某些质粒，因此必须与选择机制相关联。这里的一个重要优势是Bramkamp的研究小组正在研究细菌C. glutamicum，这是一种天然拥有该系统的生物体。因此，可以在体内研究其功能，而不会通过将其转移到模型系统中来改变其细胞生物学特性。

“细菌使用某些质粒作为新的，不是立即重要的遗传信息的来源。因此，很明显，防御机制必须是选择性的，而不是破坏所有质粒，“Bramkamp说。

“我们能够证明，在谷氨酸C. glutamicum中确实存在根据有益和有害遗传信息的定向选择。当我们人为地关闭Mks系统并因此所有质粒都留在细菌细胞中时，可能对细胞的有害影响(可能由DNA应激触发)是显而易见的。然而，当防御机制活跃时，这些并没有发生，“Bramkamp继续说道。

通过目前的工作，基尔研究人员正在展示关于细菌免疫系统的重要新发现，这些发现扩大了对质粒的理解，质粒不仅是有益遗传信息的介质，也是有害遗传信息的介质。在未来，他们想要研究哪些分子机制允许细菌细胞区分“好”和“坏”移动DNA。

新结果不仅对细菌生命的组织和繁殖的一般理解很重要。对细菌免疫系统的日益精确的研究也有助于更好地应对应用挑战，例如，更好地模拟和预测未来某些细菌群体中抗生素耐药性的演变。