改變自己的密碼時(shí),細(xì)菌是一樣壞你,甚至可能更糟?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn),盡管27億年的進(jìn)化,細(xì)菌仍使用相同的“密碼”開始產(chǎn)生孢子的過程。他們的研究結(jié)果發(fā)表在九月份的《公共科學(xué)圖書館遺傳學(xué)。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員,由部門領(lǐng)導(dǎo)生物科學(xué)的丹妮杜蘭,利用計(jì)算和實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究信號(hào)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致形成芽孢桿菌和梭狀芽胞桿菌以來(lái)進(jìn)化兩個(gè)細(xì)菌的分化共同的祖先27億年前。

細(xì)菌孢子在困難時(shí)期。休眠細(xì)胞周圍形成了一個(gè)保護(hù)殼,讓他們承受惡劣條件下熱、酸度和輻射。理解孢子形成對(duì)許多領(lǐng)域,包括醫(yī)療保健。例如,梭狀芽孢桿菌孢子的生存洗手液,使醫(yī)院感染細(xì)菌的主要原因。

細(xì)菌利用“即插即用”信號(hào)網(wǎng)絡(luò)感知和應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)。傳感器蛋白質(zhì)識(shí)別環(huán)境信號(hào),將消息傳遞給一個(gè)激活蛋白,這取決于適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。每一對(duì)sensor-activator一組特定的氨基酸,像一個(gè)密碼,確保傳感器將消息傳遞給正確的激活。

在孢子形成的網(wǎng)絡(luò)中,一個(gè)傳感器蛋白質(zhì)識(shí)別環(huán)境威脅和警報(bào)控制孢子形成的激活蛋白。信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的即插即用特性使得細(xì)菌更容易適應(yīng)一個(gè)不斷變化的世界新的傳感器集成到孢子形成網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)傳感器識(shí)別出一個(gè)新的挑戰(zhàn),可以打開孢子形成,只要它有孢子形成活化劑的密碼。

之前的研究表明,在某些被充分研究過的種芽孢桿菌和梭狀芽孢桿菌,激活的蛋白質(zhì)孢子形成非常相似,但是信號(hào)網(wǎng)絡(luò),提供的信息。acetobutylicum梭狀芽胞桿菌的孢子形成蛋白質(zhì)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè):傳感器和催化劑。在枯草芽孢桿菌,網(wǎng)絡(luò)由四個(gè)蛋白質(zhì):消息傳遞的傳感器通過兩個(gè)中間蛋白質(zhì)在到達(dá)催化劑之前。這提高了問題:進(jìn)化產(chǎn)生不同的網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果?

這是認(rèn)為共同的祖先有簡(jiǎn)單two-protein網(wǎng)絡(luò)。研究人員推測(cè),桿菌性的孢子形成網(wǎng)絡(luò)獲得了兩種蛋白在進(jìn)化的過程中,導(dǎo)致我們今天看到桿菌four-protein版本。梭狀芽胞桿菌繼續(xù)使用two-protein網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)假設(shè)很難測(cè)試使用標(biāo)準(zhǔn)序列比較的方法,這是無(wú)法區(qū)分一個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。

杜蘭和同事克服這個(gè)障礙,開發(fā)有針對(duì)性的計(jì)算方法,結(jié)合序列相似性,蛋白質(zhì)域內(nèi)容和鄰近基因發(fā)現(xiàn)孢子形成的基因信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用這種方法時(shí)28桿菌性的基因組和56梭菌的基因組,他們發(fā)現(xiàn)基因編碼四孢子形成網(wǎng)絡(luò)桿菌蛋白質(zhì),如預(yù)期。令人驚訝的是,他們還發(fā)現(xiàn)這四個(gè)基因在許多梭菌的基因組。

這推翻了主流理論,揭示出共同的祖先一定有four-protein網(wǎng)絡(luò)。這意味著,隨著時(shí)間的推移,一些梭狀芽胞桿菌進(jìn)化使用簡(jiǎn)單two-protein網(wǎng)絡(luò)。

“這是令人驚訝的,因?yàn)閭鹘y(tǒng)上我們考慮進(jìn)化從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,”杜蘭說(shuō)。“但是有越來(lái)越多的其他方向進(jìn)化的例子,從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的。”

為了更好地理解這些變化,研究的共同作者菲利普·戴維森建造人工four-protein網(wǎng)絡(luò)在試管中,每個(gè)都有不同的組合的蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)four-protein孢子形成網(wǎng)絡(luò)。他能取代任何蛋白質(zhì)桿菌性的four-protein孢子形成網(wǎng)絡(luò)從梭菌屬的四倍,與相應(yīng)的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò),反之亦然,activator仍然得到了消息。這表明梭狀芽胞桿菌和細(xì)菌仍使用相同的密碼作為他們的祖先生活在27億年前。

“這就像你的家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)你第一次看見了嗎,你設(shè)置一個(gè)密碼,把它放進(jìn)你的無(wú)線設(shè)備。多年來(lái),你有新電腦和智能手機(jī),或訪客需要使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。如果你改變了密碼,舊設(shè)備不工作,這將會(huì)是一個(gè)麻煩。所以,你繼續(xù)使用舊密碼,以確保每個(gè)人都仍然可以訪問系統(tǒng),”杜蘭說(shuō)。”菲利普的實(shí)驗(yàn)表明,梭狀芽胞桿菌和細(xì)菌困在同一個(gè)發(fā)情時(shí)改變密碼。”