科學家發現細菌可以「爆炸」傳播抗生素抗藥性

GTA 與細菌素（感染細菌的病毒）類似，但它們不再是有害的入侵者。相反，它們源自於細菌已經適應並控制的古老病毒。

病毒樣顆粒在細胞間傳遞 DNA

這些顆粒充當小型運載工具。它們從一個細菌細胞中拾取 DNA 片段，並將其攜帶到附近的其他細胞。這個過程稱為水平基因轉移，使細菌能夠快速分享有益的特徵，包括幫助它們在抗生素治療中存活下來的基因。

該過程的關鍵步驟是宿主細胞裂解，即打開細菌細胞，以便釋放 GTA 分子。到目前為止，科學家們還不完全了解這些顆粒是如何從宿主細胞中逃脫的。

一組關鍵基因控制細胞裂解

在發表於的研究中 自然微生物學研究小組使用基於深度定序的篩選方法來鑑定模型細菌中參與 GTA 活性的基因 新月菌。

他們發現了一個名為 LypABC 的三基因係統，該系統可產生細菌蛋白質。當 lypABC 基因被移除後，細胞就無法再打開釋放 GTA 分子。當系統過度活躍時，許多細胞會發生裂解。這些結果表明 LypABC 充當該過程的中央控制中心。

重新利用免疫系統進行基因轉移

最令人驚訝的發現之一是 LypABC 與抗噬菌體細菌免疫系統非常相似。它含有通常與防禦病毒相關的蛋白質成分。然而，在這種情況下，該系統似乎已被重新調整用途，以幫助釋放 GTA 分子並促進基因轉移。

這項工作是與約克大學和哈佛大學羅蘭研究所合作進行的，強調了細菌如何以意想不到的方式重複利用現有的生物系統。

生存需要嚴格監管

研究人員還發現了一種調節蛋白，有助於嚴格控制 GTA 活性。這種調節至關重要，因為 LypABC 的不當活化可能對細菌細胞產生劇毒。

透過揭示細菌系統的靈活性，該研究可以更深入地了解基因如何在細胞之間移動。這一過程在抗生素抗藥性的傳播中發揮重要作用。

對抗抗生素抗藥性的新證據

「特別有趣的是，LypABC 似乎是一個免疫系統，但細菌利用它來釋放 GTA 分子，」該研究的第一作者、1851 年皇家展覽委員會的研究員艾瑪·班克斯 (Emma Banks) 博士說。 “這表明免疫系統可以重新利用，幫助細菌彼此共享 DNA，這一過程可能有助於抗生素抗藥性的傳播。”

下一步是了解 LypABC 系統如何被活化以及它如何控制細菌細胞破裂以釋放 GTA 分子。

研究為細菌從敵人變成盟友交換基因提供了重要的新線索，其中包括與抗菌素抗藥性 (AMR) 相關的基因。

這些見解擴展了我們對抗菌素抗藥性這一全球主要健康威脅的理解，是在約翰英尼斯中心的研究人員調查基因轉移劑 (GTA) 的奇怪現象時得出的。

這些攜帶基因的顆粒看起來像噬菌體（感染細菌的病毒），但它們是從古代病毒馴化而來的，並在宿主細菌細胞的控制下發揮有益作用。

作為信使，它們將宿主細菌 DNA 包裹運送給鄰近的細菌。這種「無私」的共享，被稱為水平基因轉移，可以迅速傳播有益的特徵，包括對用於治療感染的抗生素藥物產生抗性的基因。

GTA 生命的關鍵階段是宿主細胞裂解：分解宿主細胞以釋放 DNA 包裝的 GTA 分子。先前，尚不清楚GTA分子如何從宿主細菌細胞中逃脫。

在這項研究中出現 自然微生物學， 研究小組使用基於深度定序的篩選方法來鑑定模型細菌新月柄桿菌中對 GTA 功能重要的基因。

這導致了編碼細菌蛋白的三基因控制中心 LypABC 的鑑定。當這些 lypABC 基因被刪除後，細菌就無法再釋放 GTA 分子。相反，透過過度表達 lypABC 軸，他們獲得了非常高比例的退化細胞。總之，這些實驗確定了 LypABC 作為 GTA 介導的細胞裂解的控制機制。

令人驚訝的是，LypABC 類似於細菌抗噬菌體免疫系統，因為它包含防禦病毒通常所需的蛋白質結構域。然而，約克大學約翰英尼斯中心和哈佛大學羅蘭研究所之間的合作表明，它已被重新定向以釋放用於基因轉移的 GTA 分子。

他們還確定了嚴格控制 GTA 活化和 GTA 介導的降解所需的調節蛋白。這種控制很重要，因為 LypABC 的錯誤調節對細菌細胞具有劇毒。

透過強調細菌結構域的靈活性，該研究推進了細菌細胞之間基因轉移如何發生的基礎知識，並為理解抗菌素抗藥性如何發生提供了重要證據。

「特別有趣的是，LypABC 似乎是一個免疫系統，但細菌利用它來釋放 GTA 分子，」該研究的第一作者、1851 年皇家展覽委員會的研究員艾瑪·班克斯 (Emma Banks) 博士說。 “這表明免疫系統可以重新利用，幫助細菌彼此共享 DNA，這一過程可能有助於抗生素抗藥性的傳播。”

研究的下一步是發現LypABC控制中心是如何被活化的，以及它如何發揮作用來控制細菌細胞的破裂和GTA分子的釋放。

如「CARD-NLR 樣細菌免疫系統控制基因轉移因子的釋放」所示。 自然微生物學。