细菌的“跳跃基因”可以靶向和控制染色体末端

转座子或“跳跃基因”——可以从基因组的一部分移动到另一部分的DNA片段——是细菌进化和抗生素耐药性发展的关键

康奈尔大学的研究人员发现了一种新的机制，这些基因用于在具有线性DNA的细菌中存活和繁殖，并在生物技术和药物开发中得到应用

在《科学》杂志上发表的一篇论文中，研究人员表明，转座子可以靶向并插入细菌宿主内称为端粒的线性染色体末端。在链霉菌中——历史上是抗生素开发中最重要的细菌之一——他们发现转座子控制着近三分之一染色体的端粒

资深作者、微生物学教授约瑟夫·彼得斯说：“这是它们生物学的重要组成部分。”。“细菌就像这些小修补匠。他们总是收集这些可移动的DNA片段，并且一直在创造新的功能——抗生素耐药性中的一切都与可移动的遗传元件有关，几乎总是可以在细菌之间移动的转座子。”

＜p＞首先，插入染色体末端有助于转座子避开位于染色体中间的细胞核心功能基因；能够靶向末端的转座子不太可能破坏基本功能或导致细胞死亡

彼得斯说：“如果你能瞄准末端，你就不太可能敲除宿主想要的东西，然后这些末端通过各种系统在细胞之间转移。”

“对于任何存活的元素——转座子、细菌——它们真的需要能够做到这两件事：它们不需要造成太大的伤害，它们需要一种转移到新宿主的方法。通过插入端粒，它们能够做到这两点。”

转座子已被发现聚集在真核细胞的染色体末端，但这是第一次在具有线性染色体的细菌中被记录下来，研究人员发现细菌转座子（与真核生物相比）使用独特的机制来控制端粒

转座子的两侧通常有蛋白质结合序列，这些序列指示在哪里切除DNA元件并将其移动到新的位置。在链霉菌中，研究人员观察到端粒处的转座子是单侧的，一端是传统的转座子序列，另一端是端粒。这在功能上允许转座子成为端粒，使其对细胞至关重要

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Peters说：“它让它们做的事情对宿主来说是必不可少的，因为它们现在控制着端粒，如果该元素与这个系统一起被删除，宿主就会死亡。”

研究人员发现了一个端粒靶向转座子亚家族，该亚家族与CRISPR系统（通常由细菌用来防御病毒）协同作用，靶向并插入染色体末端。这一过程进一步证实了Peters实验室之前的研究，该研究发现转座子使用CRISPR系统在基因组中移动，为一种新的基因编辑工具开辟了可能性，这种工具可以插入比现在广泛使用的CRISPR-Cas9更大的DNA片段。“转座子不断抓住这些系统，并以不同的方式相互作用，”Peters说。“在这篇论文中，我们使用CRISPR-Cas系统来靶向端粒，解释了其中一种新的元素。”

这些见解，特别是对链霉菌的见解，很难在实验室中操纵，并解释了我们许多抗生素的发现，可能被证明对药物开发有用，因为转座子驱动细菌进化，并可能指导研究人员找到新的抗生素和这些转座子上编码的其他有用产品

彼得斯说：“地球上的大多数生命都是微生物，尤其是细菌。”。“我们想了解这些生物体是如何运作的，但随后我们想看看我们如何利用这些系统来改善人类。”

合著者包括博士后研究人员Shan Chi（Popo）Hsieh和Michael T.Petassi；博士生Richard Schargel；日内瓦大学的合作伙伴Orsolya Barabas和MátéFülöp More information: Shan-Chi Hsieh et al, Telomeric transposons are pervasive in linear bacterial genomes, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp1973. www.science.org/doi/10.1126/science.adp1973

Journal information: Science