科学家们观察细菌“鱼叉”的DNA来加速它们的进化

印第安纳大学的科学家首次直接观察了细菌用于快速进化新特性的关键步骤，包括抗生素抗性。利用IU发明的方法，研究人员记录了细菌附属物的第一张图像 - 比人类头发细10,000倍 - 因为它们伸出来捕捉DNA。然后可以通过称为DNA摄取或“水平基因转移”的过程将这些DNA片段整合到细菌自身的基因组中。

这项工作于6月11日在“自然微生物学”杂志上发表。

“水平基因转移是抗生素耐药性在细菌物种之间移动的重要途径，但之前从未观察到过程，因为所涉及的结构非常小，”资深作者，IU布卢明顿学院助理教授Ankur Dalia说。艺术与科学系生物系。

“了解这一过程非常重要，因为我们越了解细菌如何共享DNA，我们就越有可能阻止它，”他补充道。

根据世界卫生组织的数据，每年有近100万人受到抗生素耐药细菌的影响。世卫组织已在近49万结核病患者和50万人患有其他传染病的人群中发现了这些菌株的证据。

该研究中使用的细菌是霍乱弧菌，这是引起霍乱的微生物。用于在环境中捕获DNA的细菌结构是非常薄的毛发状附属物，称为菌毛。

虽然科学家们知道菌毛在DNA摄取中发挥作用，但达利亚说，直到这项研究才能证明直接证据证明它们是如何起作用的。为了观察脊柱的作用，科学家们采用了IU发明的一种新方法，用特殊的发光染料“涂抹”菌毛和DNA片段。

开发用染料标记菌毛的新方法的团队由IU杰出教授Yves Brun和IU博士领导。学生Courtney Ellison。

这项新研究使用这些染料来揭示菌毛就像微观“鱼叉”一样，通过细胞壁上的孔隙将它们的线条投射到最尖端的“长矛”上。然后菌毛通过相同的孔将DNA“卷”到细菌细胞中。

达利亚说，毛孔很小，DNA需要折成两半才能穿过细胞的开口。

“这就像穿针一样，”埃里森说，他是这项研究的第一作者。“外膜上的孔的大小几乎是DNA螺旋弯成两半的确切宽度，这可能是正在发生的事情。如果没有引导它的菌毛，DNA会碰到毛孔的可能性在进入细胞的正确角度基本上是零。“

接下来，达利亚说团队想要准确研究pili如何在正确的位置“钩住”DNA，特别是因为参与该过程的蛋白质似乎以一种全新的方式与DNA相互作用。他们还期待应用他们的菌毛标记方法来研究这些不同细菌结构所起的其他功能。

“这些都是多功能的附属物，”达利亚说。“IU发明的这种方法真正开启了我们对各种细菌功能的基本认识。”

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