多重抗生素耐药性是细菌适应性和生存能力的辅助功能

多重抗生素耐药性是细菌适应性和生存能力的辅助功能，研究表明。

奥地利科学技术研究所（ISTA）的研究人员发现，尽管mar基因调控网络在关闭状态下仍表现出低水平的脉冲表达，但这种表达有助于细菌适应其高度可变的微生物群落环境。这一发现发表在《美国国家科学院院刊》上。

这是一个关于误称的故事，也是一个复杂且精密调节的分子机制，就像瑞士钟表一样精确。或者真的是这样吗？“mar”基因网络是在多重抗生素耐药性的背景下被发现并命名的。同时，它也是迄今为止已知最复杂的微生物群落细菌基因调控网络之一，具有复杂的基因开关互作。

此外，当该网络处于关闭状态时，它还显示出“泄漏”的脉冲基因功能。那么，如此高技术的工程是如何在一个常见的生物体中出现的，为什么它在严格调节的情况下仍然“泄漏”？

奥地利科学技术研究所（ISTA）的一个研究团队由前博士后Kirti Jain和教授Calin Guet领导，他们展示了mar系统的一个令人惊讶的关键功能——当基因网络应该关闭时。它的脉冲大致与宿主的进食周期重叠，从而帮助微生物在其不断变化的微生物群落环境中生长和适应。

Guet说：“我们不知道还有其他机制在关闭状态下被选择。”这突出了这项发现的惊人之处。

泄漏活动还是功能性相关？

mar系统在微生物群落细菌大肠杆菌中得到了广泛研究，无疑是因为它在多重抗生素耐药性中的作用，因此得名。然而，尽管受到严格调节，它在关闭状态下仍然表现出可测量的脉冲表达。

Jain是这项研究的第一作者，她说：“这一观察结果看起来是反直觉的。如果mar系统是在强大的选择压力下进化出来的，并且需要受到严格控制，为什么它仍然允许低水平的基础表达？它不应该确保下游目标基因仅在需要时才被激活吗？这种基础表达是否具有适应性或功能性相关性？”

这个悖论促使Jain、Guet及其在ISTA的合作者解决这些关于mar系统进化和基础基因表达功能的基本问题。

严格的调节和罕见的“启动”信号

特别是在基因调控的背景下，基础基因表达常常被忽视。这是因为更多的关注点放在了基因网络的开启或关闭状态，而不是低水平表达的细微差别。

Jain说：“在研究mar系统时，我开始欣赏其复杂的调节机制。我对这样一个事实特别感兴趣，即其最广为人知的功能——抗生素抗性——只是这个精细分子钟表工作的一个方面。”

因此，她与Guet、高级科学家Robert Hauschild、教授Gašper Tkačik以及其他ISTA的同事一起，着手了解mar系统在抗生素以外的功能。

mar系统的一个独特方面是其第一个转录起始信号，即启动遗传活动的代码。这个所谓的“起始密码子”具有不常见的GTG代码（鸟嘌呤-胸腺嘧啶-鸟嘌呤），在细菌和其他生物的DNA中较少见。

然而，这种不常见的代码在所有与大肠杆菌相关的微生物群落微生物的mar系统中都保留了下来。研究人员怀疑这种不常见的起始密码子在mar系统关闭状态下的脉冲活动中起作用，于是将其突变为其他起始密码子序列。通过这样做，他们发现这种看似微不足道的基因修饰显著改变了mar系统的表达，增加了或减少了表达量。

另一方面，野生型细菌中的罕见起始密码子使表达脉冲大致对应于宿主的进食模式。这些关闭状态下的基因活动脉冲帮助微生物群落微生物适应其不断变化的环境，通过竞争那些不产生脉冲的微生物。

Jain说：“我们的结果揭示了不同起始密码子的选择可以成为精细调节复杂基因调控网络动态的高度有效的遗传旋钮。”

泵和辅助功能

在确定了可能赋予mar系统进化适应优势的分子机制后，研究人员认为这使得辅助功能得以进化。这些辅助功能包括激活巨大的、复杂的分子“泵”，以将抗生素从微生物群落细菌中排出。

先前的报告表明，这些泵可能是作为一种保护机制而进化的，以排除宿主摄入的任何毒素。事实上，这些泵在识别许多有机分子中广泛存在的分子结构时并不十分有选择性。这种功能对微生物来说是非常“昂贵”的，因此将其作为mar系统的主要功能会对微生物群落细菌的资源（即适应性和生存）造成损害。

本研究为管理抗生素耐药性的系统提供了新的见解，可能有助于科学家开发新的治疗策略，以实现有效的公共卫生措施。此外，它支持了早期的建议，即mar系统可能更多地涉及“多重适应反应”，而不是“多重抗生素耐药性”。

Jain说：“作为这个项目的主要收获，我想强调提出基本但被忽视的问题以及在技术进步的背景下重新审视观察的重要性。我很高兴Calin给了我探索这些问题的机会，并在各种不利条件下支持我和这个项目。此外，拥有Robert和Gašper这样的跨学科专家参与，重塑了我处理分析的方式。这样的合作突显了ISTA多样化和跨学科的研究。”

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