Ký sinh trùng của virus thúc đẩy sự tiến hóa của siêu vi khuẩn

Trong một nghiên cứu được công bố hôm nay trên Cell , một trong những tạp chí khoa học được đánh giá ngang hàng nổi bật nhất trong lĩnh vực Hóa sinh & Sinh học phân tử, các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) và Đại học Hoàng gia Luân Đôn đã phát hiện ra một cách mới mà vi khuẩn truyền gen, cho phép chúng tiến hóa nhanh hơn nhiều so với hiểu biết trước đây. Được dẫn dắt bởi Trợ lý Giáo sư John Chen từ Khoa Vi sinh và Miễn dịch học và Chương trình Nghiên cứu Dịch bệnh Truyền nhiễm tại Trường Y khoa NUS Yong Loo Lin (NUS Medicine), những hiểu biết sâu sắc có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách vi khuẩn gây bệnh tiến hóa và ngày càng trở nên độc hại. và kháng kháng sinh.

Khả năng chia sẻ vật liệu di truyền là động lực chính cho sự tiến hóa của vi sinh vật vì nó có thể biến một loại vi khuẩn lành tính thành mầm bệnh chết người ngay lập tức. Thể thực khuẩn, virus của vi khuẩn, có thể đóng vai trò là ống dẫn cho phép các gen chuyển từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác bằng một quá trình được gọi là tải nạp gen. Hiện tại, có ba cơ chế tải nạp được biết đến: tổng quát, chuyên biệt hóa và bên. Sự tải nạp bên cũng được phát hiện bởi cùng một nhóm các nhà nghiên cứu vào năm 2018 và nó hiệu quả hơn ít nhất một nghìn lần so với cơ chế mạnh nhất tiếp theo, sự tải nạp tổng quát.

Quá trình mới được gọi là đồng tải nạp bên, và các kiến ​​trúc sư đằng sau tần số và tốc độ mới này trong quá trình tiến hóa của vi khuẩn là quần đảo gây bệnh Staphylococcus aureus (SaPI), là các yếu tố DNA ích kỷ khai thác và ký sinh ở thể thực khuẩn và thường được tích hợp vào nhiễm sắc thể của S .aureus phân lập được. S. aureus là một loại vi khuẩn có thể gây nhiễm trùng Staph ở người và động vật. Mặc dù nó biểu hiện chủ yếu là nhiễm trùng da, nhưng nó có thể đe dọa đến tính mạng nếu nó lan vào máu và nhiễm trùng các cơ quan, xương hoặc khớp.

Giáo sư José R. Penadés từ Khoa Truyền nhiễm, Giám đốc Trung tâm Sinh học Kháng vi khuẩn tại Đại học Hoàng gia Luân Đôn, cho biết: "Bước đột phá này làm sáng tỏ một con đường mới mà vi khuẩn tiến hóa. siêu vi khuẩn, việc hiểu được cơ chế thúc đẩy sự tiến hóa của vi khuẩn ngày càng trở nên quan trọng."

Quá trình mới được phát hiện này, đồng dẫn truyền bên, đối thủ của tải nạp bên về hiệu quả nhưng vượt qua quá trình sau về tính linh hoạt và phức tạp. Mặc dù quá trình tải nạp bên chỉ được biết là xảy ra khi các phage không hoạt động trong bộ gen của vi khuẩn được kích hoạt lại và bắt đầu sinh sản trong chu kỳ lylic, quá trình tải nạp bên có thể xảy ra trong quá trình kích hoạt lại và lây nhiễm các tế bào vi khuẩn mới.

Ngoài ra, không giống như các phage hy sinh gen của chúng để truyền DNA vật chủ của vi khuẩn, SaPI có thể tự truyền hoàn toàn nguyên vẹn với DNA của vi khuẩn thông qua quá trình đồng tải nạp bên. Khả năng đáng chú ý này cho phép chúng lặp lại quá trình vĩnh viễn, khiến chúng trở nên mạnh mẽ và hiệu quả hơn rất nhiều trong việc truyền gen của vi khuẩn.

Trợ lý giáo sư Chen cho biết: "Thông qua nghiên cứu, chúng tôi đã chứng minh rằng vi khuẩn có thể tiến hóa nhanh hơn nhiều so với những gì chúng ta hiểu. Mặc dù quá trình tải nạp di truyền luôn là lĩnh vực độc quyền của các thể thực khuẩn, nhưng trong một tình huống trớ trêu bất ngờ, nghiên cứu của chúng tôi đã chỉ ra rằng ký sinh trùng của vi khuẩn hầu hết các ký sinh trùng sinh sôi nảy nở trên hành tinh (các thể thực khuẩn) có lẽ là tác nhân tải nạp mạnh mẽ và hiệu quả nhất hiện được biết đến."

Sự gia tăng của siêu vi khuẩn đã kêu gọi những cách mới để điều trị các chủng kháng kháng sinh. Một trong những phương pháp đã đạt được sức hút trong những năm gần đây là liệu pháp thể thực khuẩn, bao gồm việc sử dụng các thể thực khuẩn để loại bỏ vi khuẩn có hại trong các bệnh nhiễm trùng và bệnh tật. Tuy nhiên, thay vì chỉ chống lại vi khuẩn, một số phage trị liệu có thể trở thành đồng phạm vô tình của SaPI hoặc các yếu tố liên quan khác có khả năng đồng tải nạp bên.

Theo Giáo sư Penadés, "Quá trình này cũng có khả năng xảy ra ở nhiều loài vi khuẩn khác. Phát hiện mang tính đột phá này đánh dấu một sự thay đổi mô hình trong hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của vi khuẩn và sẽ ảnh hưởng to lớn đến cách chúng ta chống lại tình trạng kháng kháng sinh."

"Chúng (thể thực khuẩn) có thể được sử dụng để tiêu diệt vi khuẩn trong thời gian ngắn nhưng cuối cùng lại phát tán các gen có hại sang các tế bào khác trong thời gian dài, điều này có thể gây ra thảm họa. Với cách hiểu mới này về cơ chế tiến hóa của các sinh vật gây bệnh , điều quan trọng là các thể thực khuẩn trị liệu phải được kiểm tra cẩn thận trước khi chúng được sử dụng để trị liệu," phó giáo sư Chen cho biết.

Theo SC