《自然微生物学》：细菌可以“爆炸”传播抗生素耐药性

科学家们发现了细菌如何共享基因的一个令人惊讶的转折，包括那些传播抗生素耐药性的基因。被称为基因转移剂（GTAs）的微小病毒样颗粒，曾经是古老的病毒入侵者，已经被细菌重新利用，进入了在邻近细胞之间运送DNA的传递系统。这项研究揭示了三个基因的关键控制中心，被称为LypABC，它触发细菌细胞破裂并释放这些DNA包裹的信使。

科学家们发现了细菌如何共享基因的新细节，包括那些驱动抗菌素耐药性（AMR）的基因，这是一个日益严重的全球健康威胁。这一发现来自约翰英纳斯中心的研究人员，他们研究了被称为基因转移剂（GTAs）的不寻常颗粒。

GTAs类似于噬菌体（感染细菌的病毒），但它们不再是有害的入侵者。相反，它们来自细菌已经适应并将其置于自己控制之下的古老病毒。

病毒样颗粒在细胞间传递DNA

这些颗粒就像微小的运载工具。它们从一个细菌细胞中获取DNA片段，并将它们带到附近的其他细菌细胞中。这个过程被称为水平基因转移，它允许细菌快速共享有用的特征，包括帮助它们在抗生素治疗中存活的基因。

这个过程的关键步骤是宿主细胞裂解，即细菌细胞破裂，从而释放GTA颗粒。直到现在，科学家们还没有完全理解这些粒子是如何从宿主细胞中逃脱的。

关键基因簇控制细胞裂解

在《自然微生物学》杂志上发表的一项研究中，研究小组使用了一种基于深度测序的筛选方法来确定模型细菌新月形茎状杆菌中与GTA活性相关的基因。

他们发现了一个名为LypABC的三基因系统，该系统产生细菌蛋白质。当lypABC基因被移除时，细胞不能再打开以释放GTA颗粒。当系统过度激活时，许多细胞发生裂解。这些结果表明，LypABC在这一过程中起着中央控制枢纽的作用。

一个用于基因转移的免疫系统

最令人惊讶的发现之一是，LypABC与细菌抗噬菌体免疫系统非常相似。它含有通常与防御病毒有关的蛋白质成分。然而，在这种情况下，该系统似乎已被重新利用，以帮助释放GTA颗粒和促进基因转移。

这项工作是与约克大学和哈佛大学罗兰研究所合作进行的，它强调了细菌如何以意想不到的方式重新利用现有的生物系统。

严格的监管对生存至关重要

研究人员还发现了一种有助于严格控制GTA活性的调节蛋白。这种调节是至关重要的，因为不适当的激活LypABC可能对细菌细胞有很高的毒性。

通过揭示细菌系统的灵活性，该研究对基因如何在细胞之间移动提供了更深入的了解。这一过程在抗生素耐药性的传播中起着重要作用。

抗击抗生素耐药性的新线索

该研究的第一作者、1851年皇家展览委员会研究员艾玛·班克斯博士说：“特别有趣的是，LypABC看起来像一个免疫系统，然而细菌却利用它来释放GTA颗粒。”这表明，免疫系统可以被重新利用，帮助细菌彼此共享DNA——这一过程可能有助于抗生素耐药性的传播。

下一步是了解lyypabc系统是如何被激活的，以及它是如何控制细菌细胞破裂以释放GTA颗粒的。

研究为细菌交换基因提供了重要的新线索，包括那些与抗菌素耐药性（AMR）有关的基因。

约翰英纳斯中心的研究人员对基因转移剂（GTAs）的奇特现象进行了调查，这些见解扩大了我们对抗菌素耐药性这一主要全球健康威胁的理解。

这些携带基因的颗粒看起来像噬菌体（感染细菌的病毒），但它们是由古老的病毒驯化而来，并在细菌宿主细胞的控制下发挥有益的作用。

它们就像信使一样，把寄主细菌的DNA包裹起来，传递给邻近的细菌。这种“无私”的分享，被称为水平基因转移，可以迅速传播有用的特征，包括对用于治疗感染的抗生素药物具有耐药性的基因。

一个至关重要的GTA生命阶段是宿主细胞裂解：宿主细胞分解释放dna填充的GTA颗粒。此前，人们并不清楚GTA颗粒是如何逃离宿主细菌细胞的。

在这项发表在《自然微生物学》杂志上的研究中，研究小组使用了一种基于深度测序的筛选方法来鉴定模型细菌新月形茎杆菌中GTA功能的关键基因。

他们发现了一个三基因控制中心，LypABC，编码细菌蛋白。当这些lypABC基因被删除时，细菌不能再裂解释放GTA颗粒。相反，通过过表达lypABC枢纽，他们获得了非常高比例的裂解细胞。总之，这些实验确定了LypABC是gta介导的细胞裂解的控制机制。

令人惊讶的是，LypABC类似于细菌的抗噬菌体免疫系统，因为它含有防御病毒通常需要的蛋白质结构域。然而，约翰英纳斯中心、约克大学和哈佛大学罗兰研究所的这项合作表明，它已被重新利用，释放GTA颗粒用于基因转移。

他们还发现了一种严格控制GTA激活和GTA介导的裂解所需的调节蛋白。这种控制是重要的，因为LypABC的错误调节对细菌细胞是高度有毒的。

通过强调细菌结构域的可塑性，该研究推进了关于细菌细胞之间基因转移如何发生的基础知识，并为理解AMR如何发生提供了重要线索。

该研究的第一作者、1851年皇家展览委员会研究员艾玛·班克斯博士说：“特别有趣的是，LypABC看起来像一个免疫系统，然而细菌却利用它来释放GTA颗粒。”这表明，免疫系统可以被重新利用，帮助细菌彼此共享DNA——这一过程可能有助于抗生素耐药性的传播。

研究的下一步是发现LypABC控制中心是如何被激活的，以及它如何控制细菌细胞的破裂和GTA颗粒的释放。

参考文献

A bacterial CARD–NLR-like immune system controls the release of gene transfer agents