研究小组发现抗生素耐药性的新载体

抗生素耐药性是全世界一个重要且日益严重的医学问题。海洋生物实验室(MBL)的研究人员和合作者发现了一种新的基因排列，可能有助于人类肠道中的常见细菌脆弱拟杆菌保护自身免受四环素(一种广泛使用的抗生素)的侵害。

虽然这些发现不会直接导致对抗四环素耐药细菌的新方法，但研究人员发现了以前未见过的赋予抗生素耐药性的基因排列。这种理解可能有助于开发新方法，通过基因操作或其他方式限制抗生素抗性基因的传播。

MBL 科学家 Joseph Vineis、Mitchell Sogin 和 Blair Paul 以及来自 MBL、阿贡国家实验室和芝加哥大学的同事在《mBio》杂志上报道了这一发现。

他们研究的细菌——脆弱拟杆菌，是从一名溃疡性结肠炎患者体内回收的，发现这种细菌在炎症期间含量很高。该团队有大量来自炎症性肠病患者的样本可供分析，这些患者经过手术治疗以减轻炎症。

MBL 使用鸟枪法宏基因组学对这些样本进行了研究，该宏基因组学可以生成整个微生物细胞群落中所有遗传物质的序列。它还有助于从群落中培养细菌菌株，提供观察四环素抗性基因在四环素存在下生长时的活性所需的数据。(Vineis 说，当他们开始这项工作时，“能够从宏基因组数据重建基因组在该领域才刚刚起步。这是一种新颖的方法，但现在很常见。”)

“当我们查看数据时，”维尼斯说，“有一个非常强烈的信号”显示细菌基因组特定区域的大量拷贝。其中一个包含许多基因的区域在样本中“非常丰富”，后来他们能够确定“这个特定的高拷贝区域包含四环素抗性……所以我们继续挖掘。”

基因组的这些高拷贝部分包含可以在基因组中移动甚至跳入不同基因组的 DNA 片段。维尼斯说，这些被称为转座子的移动遗传元件是“细菌适应环境的重要途径，而不必完全重新发明它们自己”。他说，在人类肠道中，大量肠道细菌不断靠近，“交换的潜力非常高”，并且当存在炎症时交换率会增加。

不同物种之间遗传物质的这种交换称为水平转移。MBL 的助理科学家 Blair Paul 表示，“我们认为这些转座子实际上是水平基因转移的关键载体。”

Vineis 说，在这种情况下，细菌显然能够感知到环境中何时存在四环素，并开始“整个级联”产生含有抗性基因的转座子。

他们发现，转座子中含有抗性基因的部分在同一基因组中以两种不同的形式出现：有时是正常的线性形式，有时卷成圆形。两种形式同时出现在脆弱拟杆菌基因组中，但线性形式在 DNA 区域中包含独特的基因组插入片段，该片段编码动员到其他细胞中的机制。

保罗说：“据我们所知，这是以前从未见过的，这种特殊类型的转座子有一个亚区域被扩增。而且它发生在与炎症同时发生的细菌中。”

这组基因表达的增加可能与脆弱拟杆菌在炎症过程中的成功有关，尽管这种联系尚未得到证实，需要进一步研究。但保罗说，这些发现“提出了关于基因转移在人类健康中的作用的新问题，而且还涉及这些转座子是如何控制的以及它们如何随着时间的推移而发生进化变化。”

“这一发现不会改变我们对抗生素耐药性世界的理解，但它是一种新的机制，至少我们可以开始寻找，”维尼斯说。“微生物世界中发生了很多我们甚至没有完全意识到的进攻和防御。”