整合子是流动的抗噬菌体武器库，编码大量新型防御系统

整合子是细菌的遗传元件，能够捕获、储存并调节整合子小片段中编码的基因的表达。移动整合子（MIs）存在于质粒上，作为关键病原体中数百个抗菌耐药基因的载体。这些元件还携带功能未知的基因小片段（gcus），其作用和适应价值尚未得到探索。

2025年5月8日，西班牙马德里康普顿斯大学José Antonio Escudero等团队合作在Science 在线发表题为“Mobile integrons encode phage defense systems”的研究论文，该研究表明gcus编码噬菌体耐药系统，其中许多是新发现的。

噬菌体耐药整合子小片段（BRiCs）可以与耐药小片段结合并混合，以产生多噬菌体或药物及噬菌体耐药性。BRiCs的适应性成本是多变的，并且取决于遗传背景，可以通过改变阵列中小片段的顺序来调节。因此，MIs充当高度移动、成本低廉的防御岛屿。

另外，2025年5月8日，巴黎第六大学Céline Loot等团队合作在Science在线发表题为“Sedentary chromosomal integrons as biobanks of bacterial antiphage defense systems”的研究论文，该研究发现整合子中有许多编码了已知抗噬菌体系统的变体，这些变体更倾向于被整合进整合子中。该研究还证明，在大流行性霍乱弧菌菌株中，近 10% 的整合子基因组件编码了新的抗噬菌体功能。这些新的系统与之前已知的系统几乎没有相似之处，其中一些通过细胞裂解或生长停滞来提供防御机制。总之，该研究强调了整合子内小型抗噬菌体系统的稳定性和普遍性，使它们成为未被开发的防御机制库。

整合子是能够促使细菌适应不断变化环境的遗传元件。这些重组元件能够促进编码基因的片段的获取，并将这些片段存储在一系列不相关的适应功能中。该平台中的 Pc 启动子决定了基因阵列的表达，并且其表达受到上游片段所产生的极性效应的调节。在应激条件下，整合子可以重新排列这些片段，改变基因阵列的表达模式。因此，整合子能够迅速增加基因多样性，同时在没有应激的情况下将遗传成本降至最低。

移动整合子（简称 MIs）是这些元件中的一部分，它们是由转座子转移到质粒上的。它们在 20 世纪 50 年代被发现与沙门氏菌分离株中多重耐药性的增加有关。目前，它们在最致命的革兰氏阴性病原体中较为常见，在这些病原体中它们携带着多个抗菌耐药基因盒（ARCs）。这导致人们认为它们几乎只专注于抗微生物耐药性方面的工作，而一系列中存在的一小部分功能不明的基因片段（gcus）则通常被忽视了。

文章模式图（图源自Science ）

该研究在大肠杆菌中合成了并构建了一个包含 129 个gcus的基因库。对这些gcus进行了噬菌体测试，并发现了 47 个噬菌体防御系统。这些系统在功能和结构上都具有多样性，并且以不同的程度直接或通过无效感染来提供抗性。研究人员深入研究了其中的 13 个，发现它们编码于真正的整合子片段中，将其称为噬菌体抗性整合子片段（BRiCs）。

BRiCs 是可移动的，它们所编码的系统还可以在其他极其重要的物种（如肺炎克雷伯菌或铜绿假单胞菌）中提供抗性。它们还干扰噬菌体激活，突显了整合子参与移动遗传元件之间复杂相互作用的过程。当 BRiCs 在阵列的首位且表达达到最大值时，它们对宿主适应性的影响可以从无法检测到到有毒的范围，且在不同的遗传背景下是可变的。作为整合子的一部分，BRiC 可以与其他 BRiC 或 ARCs 结合，从而实现多片段或噬菌体以及抗生素抗性的功能。

总之，该研究发现位于细菌染色体上的整合子还充当了抗噬菌体防御元件的“生物库”，这些元件通常经过简化以适应尺寸限制，突显了其在细菌进化过程中的适应性重要性。移动型整合子位于质粒中，能够根据需要高效捕获并表达基因，从而最大程度地降低成本。因此，整合子在抗生素抗性和噬菌体抗性方面都起着关键作用。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0915

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0768