微生物测序会忽视一些重要信息

千姿百态

基因组测序应该能够揭示一个有机体的整个遗传组成。对于传染病专家来说，可以用这种技术来分析一种致病菌，以确定它能造成多大危害，以及它是否具有抗生素耐药性。但是，美国洛克菲勒大学的一项最新研究表明，目前的测序技术会忽视掉一些重要的信息：浮动在细菌染色体（细胞遗传物质的核心）外的DNA分离碎片。相关研究结果发表在2014年6月25日的《PLOS ONE》杂志。

本文资深作者、细菌致病机理和免疫学实验室负责人Vincent Fischetti指出：“目前已经在各种各样的病原微生物中开展了染色体DNA的广泛测序，但是这些序列没有发现存在于细胞质中的DNA元件。因此，所得到的致病菌DNA图谱就可能不完整。现在，我们想出了一种方法来鉴定这些元件。”
染色体外的DNA，包括细菌感染的病毒（被称为噬菌体），以及自我复制的DNA链（称为质粒），经常是从其他细菌感染。这些噬菌体和质粒可以很容易地在细菌细胞之间移动，因此一段时间来，科学家们认为，这些所谓的可移动遗传元件可能在毒力和耐药性中发挥重要的作用。

本研究集中在噬菌体。它们在染色体外的活动目前研究很少；大多数研究都集中在整合到细菌染色体中的噬菌体。另一方面，质粒——可使细菌彼此之间共享基因，得到了充分的研究。
本文第一作者、该实验室博士后Bryan Utter称：“到目前为止，没有人研究各种各样不同的细菌菌株，同样我们研究金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），以找到在疾病中发挥重要作用的这些染色体外噬菌体。”金黄色葡萄球菌是一种常见的细菌，在某些情况下，可以导致严重甚至致命的感染。

直到现在，这个领域的分析都是不可能的，因为在研究人员制备染色体外DNA的过程中，染色体DNA容易破碎，会污染样品，使染色体外DNA不能被识别和测序。该实验室的研究生Douglas Deutsch 称：“为了解决这个问题，我们从噬菌体本身借用了一种工具：这些细菌用来分裂噬菌体感染细胞以释放其后代的酶。”这些酶，是实验室开发新型抗感染药物的一个研究热点，现在被用来温和地提取染色体DNA，而留下任何其他的遗传元件用于分析。研究人员使用这种技术，在24种医学上重要的葡萄球菌菌株中，寻找染色体外噬菌体。

研究人员发现证据表明，染色体外噬菌体不仅广泛出现在这些菌株中，而且这些噬菌体编码的基因可以使细菌更加危险
例如，当研究人员解码来自致病性葡萄球菌的一个染色体外环状噬菌体的完整序列时，他们发现了一些基因可能有助于这个菌株逃避宿主的免疫系统，而且可以很容易地传播到其他金黄色葡萄球菌。如果有的话，研究人员将继续研究这些病毒基因在菌株的致病能力中发挥什么样的作用。
意义超越了致病性。噬菌体元件，包括那些不整合到染色体中的噬菌体，是调节基因的细菌系统的一部分。例如，这些噬菌体元件中的一些，可以通过移动进入或移出染色体，激活或沉默细菌基因。在金黄色葡萄球菌菌株中，研究人员发现了两种瞬时元件，以及那些长期驻留在染色体外的元件。

报名参加2014 Bio-Rad NGC™ 新一代层析Worshop
Fischetti指出：“通过研究细菌染色体外的DNA，你可能会对这些元件组织从而控制微生物基因的动态，有一个更好的理解。
（生物通：王英）

芯奥