在微生物中穿梭基因的古细菌运动结构

乙arth的第一个生命形式最终选择了三种不同路径中的一种，形成了真核生物、细菌和古生菌领域。这些领域已经独立发展了数十亿年。

最近的证据表明，这三个领域之间的界限并不那么清晰。研究表明，不同领域的成员可以来回传递基因，这可能会加速进化。他们是如何做到这一点的仍然未知，但今天(11月16日)发表在《科学进展》杂志上的一项研究为第一份报告提供了可能的线索，即古生菌具有整合子——以前认为只存在于细菌中的基因交换机制。这可能允许来自两个域的微生物交换信息并立即获得新功能。

“一段时间以来，我们就知道细菌和古生菌会交换很多基因，”未参与这项研究的达特茅斯学院进化生物学家OlgaZhaxybayeva说。如果整合子在古细菌中广泛存在，“它可能是微生物交换所需特性的另一种机制。”

基因交换可以帮助细菌在新的、恶劣的环境中生存，或者加强它们与植物的共生关系。该研究的合著者、悉尼麦格理大学的微生物学家TimothyGhaly说，他和他的团队一直对整合子如何让细菌具有新颖的、有时非常有用的特性(例如抗生素耐药性)感兴趣。

Ghaly说，古细菌是否有整合子尚不清楚，部分原因是它们很难研究，因为它们生活在各种难以进入的环境中，从我们的内脏到泥泞的硫磺温泉。但基因组测序的最新进展，特别是用于生成所谓的宏基因组组装基因组(MAG)的技术，使研究人员能够从环境样本中拼凑出古细菌基因组。

Ghaly和他的团队很好奇原核生物是否具有与其远亲细菌相似的基因交换机制。如果非常不同的生物群，如细菌和古细菌，正在交换基因，这可能有助于“获得新功能的微生物占据新的生态位，并可能对人类和动植物健康产生影响，”他补充道。“整合子是抗生素耐药性危机的重要推动者。..有很多基因盒是毒力基因或抗生素抗性基因，可能会对我们产生负面影响。”例如，一些人类产甲烷古菌对抗生素具有高度耐药性。

细菌以基因盒的形式交换基因，该基因盒由单个基因和称为AttC的基因重组位点组成。当它们遇到压力大的情况时，细菌会像混音带一样交换这些盒式磁带，将它们插入和取出它们的基因组。

为了开始DNA转移过程，细菌使用整合子整合酶(IntI)，这是酪氨酸激酶家族中的一种蛋白质。Intl诱导基因盒的AttC位点与细菌基因组上称为整合子附着位点或AttI的区域之间的重组。细菌最终会在它们的基因组中形成一长串基因盒，这些基因盒由AttC位点串在一起。

在细菌基因组中，整合子由一个IntI蛋白基因Int和一系列整合基因盒组成。在这项新研究中，研究人员筛选了所有公开可用的古细菌基因组，其中95%是MAG。他们搜索了AttC样序列和IntI样蛋白的编码序列。研究人员表示，他们还没有找到预测AttI序列的方法，因此没有寻找它们。

在他们扫描的近6,700个古细菌基因组中，研究人员发现75个(跨越9个门)具有整合子的证据。所有古细菌整合子都具有与细菌整合子相同的结构和成分。

根据他们发现的序列，研究人员随后合成了含有AttC的古细菌盒，并发现，当暴露在外时，大肠杆菌会将这些盒整合到它们的基因组中。

“在新生物中发现[水平基因转移]总是很有趣，”Zhaxybayeva说。她补充说，在未来，拥有一个完整的培养古细菌基因组，而不是像本研究团队使用的构建的MAG，并开始拼凑基因转移背后的机制将是有用的。她特别感兴趣的是人类肠道中的古菌是否有整合子，“以及它们是否参与了围绕抗生素耐药性的交换。”