研究表明，小动物使用细菌的“被盗”基因来防止感染

牛津大学、斯特林大学和伍兹霍尔海洋生物实验室（MBL）的一个团队的新研究表明，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“爬行轮动物”。它们和其他动物一样有头、嘴、肠、肌肉和神经，尽管它们比头发的宽度还小

研究发现，当这些轮虫暴露在真菌感染中时，它们会激活从细菌和其他微生物中获得的数百个基因。其中一些基因在轮虫中产生抗药性武器，如抗生素和其他抗菌剂。该团队在《自然通讯》上报告了他们的发现

牛津大学的主要研究作者克里斯·威尔逊说：“当我们翻译DNA密码以了解被盗基因的作用时，我们感到惊讶。”。“主要基因是我们认为动物不能制造的化学物质的指令，它们看起来像抗生素的配方。”

之前的研究发现，轮虫已经从周围环境中吸收DNA数百万年了，但这项新研究是第一个发现它们使用这些基因来对抗疾病的研究。目前还没有其他动物能如此大规模地从微生物中“窃取”基因

“这些复杂的基因——其中一些在任何其他动物中都没有发现——是从细菌中获得的，但在轮虫中经历了进化，”研究合著者、海洋生物实验室约瑟芬湾保罗中心高级科学家兼主任David Mark Welch说。“这增加了轮虫生产新型抗菌剂的可能性，这些抗菌剂对包括人类在内的动物的毒性可能比我们从细菌和真菌中开发的抗菌剂低。”

自卫食谱

抗生素对现代医疗保健至关重要，但其中大多数不是由科学家发明的。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用作药物

这项新研究表明，轮虫可能也在做类似的事情

威尔逊解释道：“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。”。“我们观察到他们使用其中一种基因来对抗真菌引起的疾病，感染后存活的动物产生的化学成分是死亡动物的10倍，这表明它有助于抑制疾病。”科学家们认为，轮虫可以为寻找治疗细菌或真菌引起的人类感染的药物提供重要线索

抗生素的效果越来越差，因为致病微生物已经进化成耐药性，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

斯特灵大学的研究作者Reuben Nowell说：“轮虫使用的食谱看起来与微生物中的已知基因不同。”。“它们同样漫长而复杂，但部分DNA密码已经发生了变化。我们认为，进化过程改变了配方，在轮虫中制造出新的不同化学物质。这很令人兴奋，因为它可能为未来的药物提供思路。”

轮虫从细菌中获得的基因编码了一类不寻常的酶，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包括鉴定蛭形轮虫产生的多种非核糖体合成的肽，并建立诱导这些化合物合成的条件，”该研究的合著者、海洋生物实验室的高级科学家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有毒或对动物产生副作用。只有少数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出类似的化学物质，它们可能会为其他动物（包括人类）使用更安全的药物开辟道路

为什么轮虫会获得如此多的外源基因

一个大问题是，为什么轮虫是唯一以如此高的速度从微生物中借用这些有用基因的动物

牛津大学的研究合著者Tim Barraclough说：“我们认为这可能与这些轮虫的另一个奇怪事实有关。”。“与其他动物不同，我们从未见过雄性轮虫。轮虫母亲所产的卵孵化成自己的基因副本，不需要性或受精。”

根据一种理论，这样复制自己的动物可能会变得如此相似，以至于开始变得不健康

Barraclough解释说：“如果一个人感染了疾病，其他人也会感染。”。因为蛭形轮虫没有性行为，这使得亲本基因能够以有益的方式重组，所以轮虫母亲的基因组直接转移给她的后代，而不会引入任何新的变异

Barraclough说：“如果轮虫不能找到改变基因的方法，它们可能会灭绝。这可能有助于解释为什么这些轮虫从其他地方借用了如此多的基因，尤其是任何有助于它们应对感染的基因。”

诺埃尔认为，从轮虫及其被盗DNA中可以学到更多

“轮虫使用了数百种在其他动物中看不到的基因。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如何以及为什么在不同种类的生命之间移动的一个日益增长的故事的一部分，”他说 More information: Bdelloid rotifers deploy horizontally acquired biosynthetic genes against a fungal pathogen, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49919-1. www.nature.com/articles/s41467-024-49919-1

Journal information: Nature Communications