研究表明小动物利用从细菌中“偷来的”基因来抵御感染
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，某些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。这种微小的生物被称为蛭形轮虫，意思是“爬行的轮状动物”。它们和其他动物一样有头、嘴、肠、肌肉和神经，尽管它们的体型比头发丝还小。
研究发现，当这些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中产生抗药性武器，例如抗生素和其他抗菌剂。该团队在《自然通讯》上报告了他们的研究结果。
“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，”牛津大学的主要研究作者克里斯·威尔逊说。“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。”
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，但这项新研究首次发现它们利用这些基因对抗疾病。目前还不知道其他动物能如此大规模地从微生物身上“窃取”基因。
“这些复杂的基因（其中有些基因在任何其他动物身上都未发现）是从细菌中获得的，但在轮虫中经历了进化，”研究报告的共同作者、海洋生物实验室约瑟芬湾保罗中心的高级科学家兼主任戴维·马克·韦尔奇说。“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。”
自卫食谱
抗生素是现代医疗保健必不可少的药物，但大多数抗生素并非由科学家发明，而是由野生真菌和细菌自然产生的，人类也可以制造人工抗生素作为药物。
新的研究表明轮虫可能也在做类似的事情。
“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，”威尔逊解释说。“我们观察它们使用其中一种基因来对抗真菌引起的疾病，而感染后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。”
科学家认为，轮虫可以为寻找治疗人类细菌或真菌感染的药物提供重要线索。
抗生素的疗效正在下降，因为致病微生物已经进化出耐药性，不再对治疗有反应。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说，“迫切需要”开发新的抗生素来应对耐药性的威胁。
“轮虫使用的配方看起来与微生物中已知的基因不同，”斯特灵大学的研究作者鲁本·诺威尔 (Reuben Nowell) 说道。“它们同样长且复杂，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，以便在轮虫中制造新的和不同的化学物质。这令人兴奋，因为它可能为未来的药物提供思路。”
轮虫从细菌中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。
“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伊琳娜·阿尔希波娃 (Irina Arkhipova) 说。
开发新药的一个问题是，许多由细菌和真菌制成的抗生素化学物质对动物有毒或会引起副作用。只有少数抗生素可以转化为清除人体有害微生物的治疗方法。
如果轮虫已经在自己的细胞中制造类似的化学物质，它们将为研制对其他动物（包括人类）更安全的药物奠定基础。
为什么轮虫会获得如此多的外来基因？
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，以致于开始变得不健康。
巴拉克拉夫解释说：“如果一只轮虫得了病，其余的轮虫也会得病。”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给其后代，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。这或许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，尤其是那些能帮助它们应对感染的基因，”巴拉克拉夫说。
诺威尔认为，从轮虫及其被盗的 DNA 中，还有许多东西需要学习。
“轮虫使用了数百种在其他动物中没有见过的基因。抗生素配方令人兴奋，一些其他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如何以及为何在不同生命类型之间移动的一个不断发展的故事的一部分，”他说。
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