噬菌体可以将自私基因元素武器化以击败竞争对手

长期以来，科学界普遍认为自私基因是寄宿于宿主基因组中的一段DNA，它在宿主体内传播，而不管是否对宿主的生存有利。因此，自私基因也常被称为寄生DNA。然而，最新的研究表明，自私基因可能并不像我们之前认为的那样自私。

加州大学圣地亚哥分校的科学家们进行的一项研究显示，一种包含同源重组核酸酶的内含子可以为其宿主——噬菌体——提供生存优势。详细研究结果发表在《科学》杂志上，题为《一种内含子核酸酶在共同感染的病毒之间促进干扰竞争》。

研究作者在文章中写道：“我们研究了噬菌体ΦPA3中的内含子编码同源重组核酸酶gp210，发现它通过干扰共同感染的噬菌体ΦKZ的复制，促进了病毒间的竞争。我们显示gp210瞄准了ΦKZ中的特定序列，阻止了后代病毒的组装。”

“这项工作展示了同源重组核酸酶如何在病毒间的干扰竞争中被利用，并提供相对的适应性优势。鉴于同源重组核酸酶的普遍存在，这种选择性优势可能在各种质粒和病毒竞争以及病毒-宿主相互作用中具有广泛的进化意义。”

这项研究的共同第一作者、分子生物学系的博士后学者Erica Birkholz博士表示：“这是首次证明自私基因元素可以为它入侵的宿主有机体提供竞争优势。理解自私基因元素并不总是纯粹‘自私’的，这对于更好地理解所有生命领域的基因组进化具有重要意义。”

在这项研究中，研究人员重点分析了“巨型”噬菌体的动态，当两个噬菌体共同感染单个细菌细胞并相互竞争时，内含子的核酸酶（作为一种DNA切割工具）发挥了作用。研究表明，来自一个噬菌体的移动内含子的核酸酶干扰了竞争噬菌体的基因组，因此被认为是一种战斗工具，因为它被记录到切割了竞争噬菌体基因组中的一个关键基因，从而破坏了竞争对手正确组装其后代并繁殖的能力。

△插图显示了内含子核酸酶切割竞争病毒的DNA并破坏其繁殖过程。[Pogliano实验室，加州大学圣地亚哥分校]

这项研究的重要性在于，噬菌体病毒作为对抗抗生素耐药细菌的治疗工具正在兴起。医生们已经开始使用噬菌体鸡尾酒来对抗这种日益严重的感染危机，新的信息可能在多个噬菌体的使用中发挥作用。了解某些噬菌体如何利用自私基因作为对抗其他噬菌体的武器，有助于研究人员理解为什么某些噬菌体组合可能无法达到其全部治疗潜力。

生物科学教授Joe Pogliano博士表示：“这项研究中的噬菌体可以用来治疗与囊性纤维化相关的细菌感染。了解它们如何相互竞争将使我们能够制作更好的噬菌体治疗鸡尾酒。”

参考文献：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl1356

编辑：王洪

排版：李丽