Science：细菌中的跳跃基因或能靶向作用并控制染色体末端的功能

在微观世界里，细菌们就像是一个个小小的“基因黑客”，它们总是在寻找机会，把一些可以移动的DNA片段（被称为“跳跃基因”或转座子）插入到自己的基因组中，这些转座子不仅能帮助细菌进化，还能帮其在面对抗生素时变得更加“狡猾”。

近日，一篇发表在国际杂志Science上题为“Telomeric transposons are pervasive in linear bacterial genomes”的研究报告中，来自康奈尔大学等机构的科学家们通过研究发现了一种全新的机制，揭示了这些“基因黑客”如何在细菌中生存和传播，这一发现或会对生物技术和药物开发产生重大影响。

转座子是一种可以在基因组中移动的DNA片段，其就像是细菌的“移动武器库”，能帮助细菌适应环境变化，甚至对抗生素产生一定的耐药性。在细菌的世界里，转座子的作用至关重要，其不仅可以改变细菌的基因组，还能在不同细菌之间传递，让耐药性迅速扩散。这项研究中，研究者揭示了转座子在细菌中的一个新秘密，其能插入到线性染色体的末端（端粒）；端粒是染色体的保护性末端，就像鞋带两端的小塑料帽一样，其能防止染色体在细胞分裂时被“磨损”。研究人员指出，在一种对人类抗生素开发有着重大贡献的细菌—链霉菌（Streptomyces）中，转座子控制了近三分之一的染色体端粒。

研究者Joseph Peters教授说道，细菌就像是这些小小的“基因修补匠”，其总是在收集这些可以移动的DNA片段，并不断制造新的功能。抗生素耐药性的一切都与这些移动的遗传元素有关，而转座子几乎总是在细菌之间移动。转座子插入染色体末端是一种非常“聪明”的生存策略。

染色体的中部包含了细胞核心功能的基因，而末端的端粒相对安全，转座子插入端粒可以避免干扰细胞的关键功能，从而减少对宿主细胞的伤害。研究者解释道，如果能瞄准末端就不太可能破坏宿主需要的东西，而且这些末端可以通过各种系统在细胞之间传递。对于转座子和细菌来说，这就像找到了一个“双赢”的策略，既能避免对宿主造成太大伤害，又能找到新的宿主。

研究人员还发现，细菌中的转座子与真核生物中的转座子不同，其能使用独特的机制来控制端粒；在链霉菌中，转座子的一端是传统的转座子序列，而另一端则会直接变成端粒，这种结构让转座子在功能上就能接管端粒，从而对细胞变得至关重要。Peters表示，这就能使其对宿主变得不可或缺，因为如今其就能控制端粒。如果这个元件和这个系统一起被删除的话，宿主就会死亡。研究人员表示，有一种亚家族的转座子能利用CRISPR系统（一种细菌用来抵御病毒的防御机制）来靶向并插入染色体末端，这一研究发现进一步证实了研究人员Peters此前的发现，即转座子能利用CRISPR系统在基因组中移动，这就为开发一种新型基因编辑工具提供了可能性，而且这种工具能插入比现有CRISPR-Cas9更大的DNA片段。

本文研究不仅揭示了细菌中转座子的新机制，还有望对人类的药物开发和基因编辑技术产生深远影响。链霉菌是许多抗生素的来源，但其在实验室中很难操作，通过理解转座子如何在链霉菌中发挥作用，研究人员或会找到新的抗生素和其它有用的化合物。研究者表示，地球上大部分生命都是微生物，尤其是细菌，他们希望了解这些生物是如何工作的，但同时也希望看到如何利用这些系统来造福人类。本文研究结果表明，端粒转座子可以在基因组之间和基因组内部促进基因转移，从而显著影响线性基因组的进化动态。

在这个微观世界里，细菌和转座子的互动就像一场精彩的“基因舞蹈”。转座子能巧妙地插入端粒，这样不仅能保护自己，还能帮助细菌进化和传播，本文研究发现不仅让科学家们对细菌有了更深入的理解，也为未来的医学和生物技术的进步带来了新的希望。未来或许有一天，这些“基因黑客”将会成为人类对抗疾病的新盟友。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Shan-Chi Hsieh,Máté Fülöp,Richard Schargel, et al. Telomeric transposons are pervasive in linear bacterial genomes, Science (2025) doi:10.1126/science.adp1973