根据牛津大学、斯特灵大学和伍兹霍尔海洋生物实验室 (MBL) 研究小组的最新研究，一群小型淡水动物使用从细菌中“窃取”的抗生素配方来保护自己免受感染。

研究小组发现，当这些蛭形轮虫受到真菌感染时，它们会启动从细菌和其他微生物中获得的数百种基因。其中一些基因会在轮虫体内产生抗药性武器，例如抗生素和其他抗菌剂。

“当我们翻译 DNA 代码以查看被盗基因的作用时，我们大吃一惊，”牛津大学负责人 Chris Wilson 博士说。“主要基因是化学物质的指令，我们认为动物无法制造它们——它们看起来像抗生素的配方。”

科学家们认为，轮虫可以为寻找治疗由细菌或真菌引起的人类感染的药物提供重要线索。斯特灵大学的 Reuben Nowell 博士说：“轮虫使用的配方看起来与微生物中已知的基因不同。它们同样长而复杂，但 DNA 代码的部分已经改变。我们认为配方已被进化过程改变，从而在轮虫中产生新的和不同的化学物质。这很令人兴奋，因为它可能为未来的药物提供思路。”

Wilson、Nowell 及其同事在《自然通讯》杂志上发表了他们的研究成果，论文标题为“蛭形轮虫水平部署获得的生物合成基因来对抗真菌病原体”。研究小组在论文中总结道：“……我们的研究结果提出了在蛭形轮虫中发现新的抗菌化合物的有趣可能性。”

作者写道：“蛭形轮虫是一类微小的滤食性无脊椎动物，生活在世界各地的淡水和淡水陆地栖息地。”这种微小的生物——其名字的意思是“爬行的轮虫”——和其他动物一样有头、嘴、肠、肌肉和神经，但它们的宽度比头发还小。

先前的研究发现，轮虫数百万年来一直在从周围环境中获取 DNA。“……反复的研究表明，蛭形基因组编码了从非后生动物类群水平获得的极高比例的基因，”研究人员表示。该团队表示，目前还不知道其他动物会如此大规模地从微生物中“窃取”基因。“大约 10% 的基因似乎是从细菌、真菌、植物和其他来源捕获的，而不是与后生动物直系同源物共享最近的共同祖先。”

这项新研究首次发现生物利用这些基因对抗疾病。在这项研究中，研究人员使用 RNA 测序技术来识别蛭形轮虫受到天然真菌病原体攻击时差异表达的基因。研究小组比较了两种不同轮虫的数据，一种对病原体敏感，一种抵抗力更强。科学家们还将他们的研究结果与暴露于干燥环境中的蛭形轮虫的 RNA 测序数据进行了比较。

研究结果表明，在受到真菌病原体的攻击后，生物体中水平获得的基因上调的可能性是其他基因的两倍多，“……比非生物应激源观察到的富集程度更强”，研究小组还指出。

论文合著者、海洋生物实验室约瑟芬湾保罗中心主任、资深科学家 David Mark Welch 博士进一步评论道：“这些复杂的基因(其中一些基因在任何其他动物中都未发现)是从细菌中获得的，但在轮虫中经历了进化。这提出了轮虫正在产生新型抗菌剂的可能性，这些抗菌剂对动物(包括人类)的毒性可能比我们从细菌和真菌中开发的抗菌剂要小。

抗生素是现代医疗保健必不可少的，但大多数抗生素并非由科学家发明。相反，它们是由野生真菌和细菌自然产生的，人类可以制造人工版本作为药物。这项新研究表明，轮虫可能正在做类似的事情。

“这些奇怪的小动物复制了告诉微生物如何制造抗生素的 DNA，”威尔逊解释道。“我们观察它们使用其中一种基因对抗真菌引起的疾病，幸存下来的动物产生的化学配方比死亡的动物多 10 倍，这表明它有助于抑制疾病。”

作者指出，新研究结果“……表明蛭形轮虫花费了数百万年的时间在多个生命领域‘生物勘探’抗菌合成机制，并使其适应动物细胞中的大规模表达，以抵御真菌或细菌，”研究人员指出。“如果是这样，那么对蛭形轮虫次级代谢组的研究可能对寻找治疗动物感染的新型抗菌剂具有重要意义。”

由于抗生素耐药性问题日益严重，抗生素的疗效正在下降。世界卫生组织最近敲响了警钟， 在 6 月份的一份报告中警告称 ，“迫切需要”开发新的抗生素来应对耐药性的威胁。

轮虫从细菌获得的基因编码了一类不寻常的酶，这些酶将氨基酸组装成称为非核糖体肽的小分子。“在数百个上调基因中，最明显的是类似于细菌聚酮化合物和产生抗生素的非核糖体肽合成酶的簇，”作者指出。这些簇的上调在抗病原体轮虫物种中比在易感物种中强近十倍。

“这项研究的下一阶段应该涉及鉴定蛭形轮虫产生的多种非核糖体合成肽，并建立诱导这些化合物合成的条件，”研究报告的共同作者、海洋生物实验室高级科学家 Irina Arkhipova 博士说。

开发新药的一个问题是，许多由细菌和真菌产生的抗生素化学物质对动物有毒性或副作用。正如研究小组指出的那样，“在自然界中寻找抗菌剂主要局限于细菌和真菌。开发成功产品的各种障碍之一是，化合物很可能对动物细胞有毒，因此无法通过早期测试。”如果轮虫已经在自己的细胞中制造类似的化学物质，它们可能会引领人们开发出对其他动物(包括人类)更安全的药物。

一个大问题是，为什么轮虫是唯一以如此高的频率从微生物那里借用这些有用基因的动物。“我们认为这可能与这些轮虫的另一个奇怪事实有关，”牛津大学的研究合著者蒂姆·巴拉克拉夫博士说。“与其他动物不同，我们从未见过雄性轮虫。轮虫母亲产下的卵孵化成自己的基因副本，不需要性交或受精。”

有一种理论认为，像这样自我复制的动物会变得过于相似，以至于开始变得不健康。“如果其中一种动物得了病，其他动物也会得病，”巴拉克拉夫解释道。由于蛭形轮虫没有性行为，因此亲本基因可以以有益的方式重组，因此轮虫母亲的基因组会直接转移到其后代身上，而不会引入任何新的变异。

“如果轮虫找不到改变基因的方法，它们就会灭绝。这可能有助于解释为什么这些轮虫从其他地方借用了这么多基因，尤其是任何能帮助它们应对感染的基因，”巴拉克拉夫说。作者进一步指出，“水平获得基因与蛭形体对病原体的防御之间的关联与一系列证据相一致，这些证据表明，遗传转移可能在进化上受到青睐，部分原因是为了解决生物冲突，也与特定的假设相一致，即疾病对性行为稀少或缺失的谱系构成挑战，需要采取特殊措施才能长期保持下去。”

诺威尔认为，轮虫及其被盗 DNA 中还有许多值得研究的东西。“轮虫使用了数百种在其他动物中未见过的基因。抗生素配方令人兴奋，其他一些基因甚至看起来像是从植物中提取的。这些发现是关于基因在不同生命类型之间如何以及为何移动的不断发展的故事的一部分，”他说。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：