基因組測(cè)序應(yīng)該能夠揭示一個(gè)有機(jī)體的整個(gè)遺傳組成。對(duì)于傳染病專家來說，可以用這種技術(shù)來分析一種致病菌，以確定它能造成多大危害，以及它是否具有抗生素耐藥性。但是，美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，目前的測(cè)序技術(shù)會(huì)忽視掉一些重要的信息：浮動(dòng)在細(xì)菌染色體（細(xì)胞遺傳物質(zhì)的核心）外的DNA分離碎片。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2014年6月25日的《PLOS ONE》雜志。
本文資深作者、細(xì)菌致病機(jī)理和免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Vincent Fischetti指出：“目前已經(jīng)在各種各樣的病原微生物中開展了染色體DNA的廣泛測(cè)序，但是這些序列沒有發(fā)現(xiàn)存在于細(xì)胞質(zhì)中的DNA元件。因此，所得到的致病菌DNA圖譜就可能不完整?，F(xiàn)在，我們想出了一種方法來鑒定這些元件。”
染色體外的DNA，包括細(xì)菌感染的病毒（被稱為噬菌體），以及自我復(fù)制的DNA鏈（稱為質(zhì)粒），經(jīng)常是從其他細(xì)菌感染。這些噬菌體和質(zhì)粒可以很容易地在細(xì)菌細(xì)胞之間移動(dòng)，因此一段時(shí)間來，科學(xué)家們認(rèn)為，這些所謂的可移動(dòng)遺傳元件可能在毒力和耐藥性中發(fā)揮重要的作用。
本研究集中在噬菌體。它們?cè)谌旧w外的活動(dòng)目前研究很少；大多數(shù)研究都集中在整合到細(xì)菌染色體中的噬菌體。另一方面，質(zhì)粒——可使細(xì)菌彼此之間共享基因，得到了充分的研究。
本文*作者、該實(shí)驗(yàn)室博士后Bryan Utter稱：“到目前為止，沒有人研究各種各樣不同的細(xì)菌菌株，同樣我們研究金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），以找到在疾病中發(fā)揮重要作用的這些染色體外噬菌體。”金黃色葡萄球菌是一種常見的細(xì)菌，在某些情況下，可以導(dǎo)致嚴(yán)重甚至致命的感染。
直到現(xiàn)在，這個(gè)領(lǐng)域的分析都是不可能的，因?yàn)樵谘芯咳藛T制備染色體外DNA的過程中，染色體DNA容易破碎，會(huì)污染樣品，使染色體外DNA不能被識(shí)別和測(cè)序。該實(shí)驗(yàn)室的研究生Douglas Deutsch 稱：“為了解決這個(gè)問題，我們從噬菌體本身借用了一種工具：這些細(xì)菌用來分裂噬菌體感染細(xì)胞以釋放其后代的酶。”這些酶，是實(shí)驗(yàn)室開發(fā)新型抗感染藥物的一個(gè)研究熱點(diǎn)，現(xiàn)在被用來溫和地提取染色體DNA，而留下任何其他的遺傳元件用于分析。研究人員使用這種技術(shù)，在24種醫(yī)學(xué)上重要的葡萄球菌菌株中，尋找染色體外噬菌體。
研究人員發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明，染色體外噬菌體不僅廣泛出現(xiàn)在這些菌株中，而且這些噬菌體編碼的基因可以使細(xì)菌更加危險(xiǎn)。
例如，當(dāng)研究人員解碼來自致病性葡萄球菌的一個(gè)染色體外環(huán)狀噬菌體的完整序列時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了一些基因可能有助于這個(gè)菌株逃避宿主的免疫系統(tǒng)，而且可以很容易地傳播到其他金黃色葡萄球菌。如果有的話，研究人員將繼續(xù)研究這些病毒基因在菌株的致病能力中發(fā)揮什么樣的作用。
意義超越了致病性。噬菌體元件，包括那些不整合到染色體中的噬菌體，是調(diào)節(jié)基因的細(xì)菌系統(tǒng)的一部分。例如，這些噬菌體元件中的一些，可以通過移動(dòng)進(jìn)入或移出染色體，激活或沉默細(xì)菌基因。在金黃色葡萄球菌菌株中，研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種瞬時(shí)元件，以及那些長(zhǎng)期駐留在染色體外的元件。
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Fischetti指出：“通過研究細(xì)菌染色體外的DNA，你可能會(huì)對(duì)這些元件組織從而控制微生物基因的動(dòng)態(tài)，有一個(gè)更好的理解。”